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DE102021106311A1 - INTEGRATED CIRCUIT STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THEM - Google Patents

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DE102021106311A1
DE102021106311A1 DE102021106311.6A DE102021106311A DE102021106311A1 DE 102021106311 A1 DE102021106311 A1 DE 102021106311A1 DE 102021106311 A DE102021106311 A DE 102021106311A DE 102021106311 A1 DE102021106311 A1 DE 102021106311A1
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DE
Germany
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source
layer
drain
etch
etch stop
Prior art date
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Pending
Application number
DE102021106311.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Tze-Liang Lee
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76829Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
    • H01L21/76834Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers formation of thin insulating films on the sidewalls or on top of conductors

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Abstract

Ein Verfahren umfasst das Bilden einer Gate-Struktur über einem Substrat. Eine dielektrische Kappe wird über der Gate-Struktur gebildet. Ein Source-/Drain-Kontakt wird über einem Source-/Drain-Bereich über dem Substrat gebildet. Eine Ätzstoppschicht wird derart selektiv über der dielektrischen Kappe gebildet, dass die Ätzstoppschicht den Source-/Drain-Kontakt freilegt. Ein Zwischenschichtdielektrikum wird über der Ätzstoppschicht und dem Source-/Drain-Kontakt gebildet. Eine Source-/Drain-Durchkontaktierung wird im ILD gebildet und mit dem Source-/Drain-Kontakt verbunden.One method includes forming a gate structure over a substrate. A dielectric cap is formed over the gate structure. A source/drain contact is formed over a source/drain region over the substrate. An etch stop layer is selectively formed over the dielectric cap such that the etch stop layer exposes the source/drain contact. An interlayer dielectric is formed over the etch stop layer and the source/drain contact. A source/drain via is formed in the ILD and connected to the source/drain contact.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH UND QUERVERWEISPRIORITY CLAIM AND CROSS-REFERENCE

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/084,999 , eingereicht am 29. September 2020, die durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.This application claims priority from U.S. Provisional Patent Application No. 63/084,999 , filed September 29, 2020, which is incorporated herein by reference.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKBACKGROUND ART

Technologische Fortschritte bei IC-Materialien und -Design haben Generationen von ICs hervorgebracht, in welchen jede Generation kleinere und komplexere Schaltungen aufweist als die vorherige Generation. Im Zuge der IC-Weiterentwicklung hat die Funktionsdichte (das heißt die Anzahl miteinander verbundener Bauelemente pro Chipfläche) in der Regel zugenommen, während die geometrische Größe (das heißt die kleinste Komponente (oder Leitung), die unter Verwendung eines Fertigungsprozesses geschaffen werden kann) abgenommen hat. Dieser Verkleinerungsprozess stellt in der Regel Vorteile durch eine Steigerung der Produktionseffizienz und eine Senkung der damit verbundenen Kosten bereit.Technological advances in IC materials and design have produced generations of ICs in which each generation has smaller and more complex circuitry than the previous generation. As ICs have evolved, functional density (that is, the number of interconnected devices per chip area) has typically increased while geometric size (that is, the smallest component (or line) that can be created using a manufacturing process) has decreased Has. This downsizing process typically provides benefits by increasing production efficiency and reducing associated costs.

Figurenlistecharacter list

Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.

  • Die 1 - 16B stellen perspektivische Ansichten und Querschnittsansichten von Zwischenstadien der Bildung einer integrierten Schaltungsstruktur im Einklang mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
  • Die 17 - 18B stellen beispielhafte Querschnittsansichten verschiedener Stadien zur Herstellung einer integrierten Schaltungsstruktur im Einklang mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
  • Die 19 - 21 stellen beispielhafte Querschnittsansichten verschiedener Stadien zur Herstellung einer integrierten Schaltungsstruktur im Einklang mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
  • Die 22 - 25 stellen beispielhafte Querschnittsansichten verschiedener Stadien zur Herstellung einer integrierten Schaltungsstruktur im Einklang mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
  • Die 26 - 43B stellen perspektivischen Ansichten und Querschnittsansichten von Zwischenstadien der Bildung einer integrierten Schaltungsstruktur im Einklang mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
  • Die 44A und44B sind Querschnittsansichten integrierter Schaltungsstrukturen im Einklang mit einigen Ausführungsformen.
  • Die 45 - 48 stellen beispielhafte Querschnittsansichten verschiedener Stadien zur Herstellung einer integrierten Schaltungsstruktur im Einklang mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
Aspects of the present disclosure are best understood by considering the following detailed description when taken in connection with the accompanying drawings. It should be noted that, in accordance with standard industry practice, various features are not drawn to scale. In fact, the dimensions of the various features may be arbitrarily exaggerated or minimized for the sake of clarity of explanation.
  • the 1 - 16B 12 illustrate perspective and cross-sectional views of intermediate stages in the formation of an integrated circuit structure consistent with some embodiments of the present disclosure.
  • the 17 - 18B 12 illustrate exemplary cross-sectional views of various stages in fabricating an integrated circuit structure consistent with some other embodiments of the present disclosure.
  • the 19 - 21 12 illustrate exemplary cross-sectional views of various stages in fabricating an integrated circuit structure consistent with some other embodiments of the present disclosure.
  • the 22 - 25 12 illustrate exemplary cross-sectional views of various stages in fabricating an integrated circuit structure consistent with some other embodiments of the present disclosure.
  • the 26 - 43B 12 illustrate perspective and cross-sectional views of intermediate stages in the formation of an integrated circuit structure consistent with some embodiments of the present disclosure.
  • the 44A and 44B 12 are cross-sectional views of integrated circuit structures consistent with some embodiments.
  • the 45 - 48 12 illustrate exemplary cross-sectional views of various stages in fabricating an integrated circuit structure consistent with some other embodiments of the present disclosure.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die folgende Offenbarung stellt viele unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele zur Umsetzung verschiedener Merkmale des bereitgestellten Gegenstands bereit. Nachfolgend sind spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Dabei handelt es sich selbstverständlich nur um Beispiele, welche keinesfalls als Einschränkung auszulegen sind. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in welchen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt miteinander gebildet sind, kann jedoch auch Ausführungsformen umfassen, in welchen zusätzliche Merkmale derart zwischen dem ersten Merkmal und dem zweiten Merkmal gebildet sein können, dass das erste und das zweite Merkmal nicht in direktem Kontakt miteinander sein können. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung Bezugsziffern und/oder -zeichen in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Vereinfachung und Klarheit, und schreibt für sich selbst keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.The following disclosure provides many different embodiments or examples for implementing various features of the provided subject matter. Specific examples of components and arrangements are described below to simplify the present disclosure. These are, of course, only examples, which should in no way be interpreted as a restriction. For example, the formation of a first feature over or on a second feature in the following description may include embodiments in which the first and second features are formed in direct contact with one another, but may also include embodiments in which additional features are so formed between the first Feature and the second feature can be formed that the first and the second feature can not be in direct contact with each other. In addition, the present disclosure may repeat reference numerals and/or indicia throughout the various examples. This repetition is for the purpose of simplicity and clarity, and does not by itself dictate a relationship between the various embodiments and/or configurations discussed.

Ferner können Begriffe räumlicher Beziehungen, wie zum Beispiel „darunter“, „unterhalb“, „niedrig“, „oberhalb“, „obere/r/s“ und dergleichen hierin zum Zweck einer einfacheren Beschreibung der Beziehung eines in den Figuren dargestellten Elements oder Merkmals zu (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en) verwendet werden. Die Begriffe räumlicher Beziehungen sollen dazu dienen, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung bei der Verwendung oder im Betrieb zusätzlich zur in den Figuren abgebildeten Ausrichtung einzuschließen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) angeordnet sein, und die hierin verwendeten Begriffe räumlicher Beziehungen können somit auch dementsprechend ausgelegt werden.Furthermore, terms of spatial relationships such as "beneath", "beneath", "low", "above", "upper" and the like may be used herein for the purpose of simplifying the description of the relationship of an element or feature depicted in the figures to (an) other element(s) or characteristic(s). The terms of spatial relationships are intended to encompass different orientations of the device in use or operation in addition to the orientation depicted in the figures. The device can be displayed in other orientations (rotated 90 degrees or in other orientations). be ordered, and thus the terms of spatial relationships used herein can also be construed accordingly.

Wie hierin verwendet bedeuten die Begriffe „rund“, „etwa“, „ungefähr“ oder „im Wesentlichen“ in der Regel innerhalb von 20 Prozent oder innerhalb von 10 Prozent oder innerhalb von 5 Prozent eines angegebenen Wertes oder Bereiches. Hierin genannte numerische Angaben gelten als annähernd, was bedeutet, dass der Betriff „rund“, „etwa“, „ungefähr“ oder „im Wesentlichen“ abgeleitet werden kann, falls er nicht ausdrücklich genannt ist.As used herein, the terms "about," "about," "approximately," or "substantially" mean typically within 20 percent, or within 10 percent, or within 5 percent of a specified value or range. Numerical references herein are approximate, meaning that the term "around," "about," "approximately," or "substantially" may be inferred unless expressly stated.

Die vorliegende Offenbarung betrifft integrierte Schaltungsstrukturen und Verfahren zum Bilden derselben im Allgemeinen, und insbesondere die Fertigung von Transistoren (zum Beispiel Finnenfeldeffekttransistoren (FinFET), Rundum-Gate-Transistoren (GAA-Transistoren)) und Source-/Drain-Durchkontaktierungen über Source-/Drain-Kontakten der Transistoren. Es ist auch anzumerken, dass die vorliegende Offenbarung Ausführungsformen in der Form von Mehrfach-Gate-Transistoren präsentiert. Mehrfach-Gate-Transistoren sind unter anderem jene Transistoren, deren Gate-Strukturen an mindestens zwei Seiten eines Kanalbereichs gebildet sind. Diese Mehrfach-Gate-Vorrichtungen können unter anderem eine p-Metalloxidhalbleitervorrichtung oder eine n-Metalloxidhalbleitervorrichtung aufweisen. Bestimmte Beispiele können hierin präsentiert und aufgrund ihrer finnenähnlichen Struktur als FinFET bezeichnet werden. Ein FinFET weist eine Gate-Struktur gebildet an drei Seiten eines Kanalbereichs auf (zum Beispiel gehüllt um einen oberen Abschnitt eines Kanalbereichs in einer Halbleiterfinne) auf. Darüber hinaus werden hierin Ausführungsformen eines Typs von Mehrfach-Gate-Transistor vorgestellt, welcher als Rundum-Gate-Vorrichtung (GAA-Vorrichtung) bezeichnet wird. Eine GAA-Vorrichtung weist eine beliebige Vorrichtung auf, deren Gate-Struktur, oder Abschnitte derselben, an 4 Seiten eines Kanalbereichs gebildet ist (zum Beispiel einen Abschnitt eines Kanalbereichs umgibt). Hierin vorgestellte Vorrichtungen können auch Ausführungsformen aufweisen, welche Kanalbereiche, welche in einem oder mehreren Nanoblattkanälen, Nanodrahtkanälen und oder anderen geeigneten Kanalgestaltungen angeordnet sind, aufweisen.The present disclosure relates to integrated circuit structures and methods of forming the same in general, and more particularly to the fabrication of transistors (e.g., fin field effect transistors (FinFET), all around gate transistors (GAA transistors)) and source/drain vias via source/ drain contacts of the transistors. It is also noted that the present disclosure presents embodiments in the form of multi-gate transistors. Multi-gate transistors include those transistors whose gate structures are formed on at least two sides of a channel region. These multiple gate devices may include a p-type metal oxide semiconductor device or an n-type metal oxide semiconductor device, among others. Certain examples may be presented herein and referred to as FinFETs due to their fin-like structure. A FinFET has a gate structure formed on three sides of a channel region (eg, wrapped around a top portion of a channel region in a semiconductor fin). Additionally, embodiments of a type of multi-gate transistor referred to as an all-around gate (GAA) device are presented herein. A GAA device includes any device whose gate structure, or portions thereof, is formed on 4 sides of a channel region (e.g., surrounding a portion of a channel region). Devices presented herein may also have embodiments having channel regions arranged in one or more nanosheet channels, nanowire channels, and/or other suitable channel configurations.

Nachdem eine Front-End-of-Line-Bearbeitung (FEOL-Bearbeitung) zur Transistorfertigung abgeschlossen ist, werden Source-/Drain-Kontakte über Source-/Drain-Bereichen der Transistoren gebildet. Dann werden Source-/Drain-Durchkontaktierungen über den Source-/Drain-Kontakten gebildet, um die Source-/Drain-Kontakte elektrisch mit anschließend gebildeten Interconnect-Metallleitungen zu verbinden. Die Bildung der Source-/Drain-Durchkontaktierungen kann das Aufbringen einer dielektrischen Zwischenschicht (ILD-Schicht) über den Source-/Drain-Kontakten, das Bilden von Durchkontaktierungsöffnungen, welche sich durch die ILD-Schicht erstrecken, durch Verwendung anisotroper Ätzung, und anschließend das Aufbringen einer oder mehrere Metallschichten in den Durchkontaktierungsöffnungen, welche als die Source-/Drain-Durchkontaktierungen dienen sollen, umfassen. Um ein Überätzen der dielektrischen Materialien in der Nähe der Source-/Drain-Kontakte während des anisotropen Ätzprozesses zu vermeiden, kann vor der Bildung der ILD-Schicht selektiv eine zusätzliche Ätzstoppschicht über den dielektrischen Materialien gebildet werden. Die selektiv gebildete ESL weist eine andere Ätzselektivität auf als die ILD-Schicht, wodurch die selektiv gebildete ESL den Ätzprozess zum Bilden der Durchkontaktierungsöffnungen verlangsamen oder sogar stoppen kann, was wiederum ein Überätzen der dielektrischen Materialien unter der ESL verhindert und somit zu einem reduzierten Risiko von Ableitströmen führt.After front-end-of-line (FEOL) processing for transistor fabrication is complete, source/drain contacts are formed over source/drain regions of the transistors. Then source/drain vias are formed over the source/drain contacts to electrically connect the source/drain contacts to subsequently formed interconnect metal lines. The formation of the source/drain vias may include depositing an interlayer dielectric (ILD) layer over the source/drain contacts, forming via openings extending through the ILD layer using an anisotropic etch, and then depositing one or more metal layers in the via openings to serve as the source/drain vias. To avoid over-etching the dielectric materials near the source/drain contacts during the anisotropic etch process, an additional etch stop layer may be selectively formed over the dielectric materials prior to forming the ILD layer. The selectively formed ESL has a different etch selectivity than the ILD layer, allowing the selectively formed ESL to slow down or even stop the etch process for forming the via openings, which in turn prevents over-etching of the dielectric materials underneath the ESL and thus leads to a reduced risk of leakage currents.

Die 1 - 16B stellen perspektivischen Ansichten und Querschnittsansichten von Zwischenstadien der Bildung einer integrierten Schaltungsstruktur 100 im Einklang mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Im Einklang mit einigen beispielhaften Ausführungsformen können die gebildeten Transistoren einen p-Transistor (wie zum Beispiel einen p-FinFET) und einen n-Transistor (wie zum Beispiel einen n-FinFET) aufweisen. In den verschiedenen Ansichten und veranschaulichenden Ausführungsformen werden ähnliche Bezugsziffern zur Kennzeichnung ähnlicher Elemente verwendet. Es versteht sich, dass zusätzliche Vorgänge vor den, während der und nach den in den 1-16B gezeigten Prozesse/n bereitgestellt werden können, und dass manche der unten beschriebenen Vorgänge für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens ersetzt oder eliminiert werden können. Die Reihenfolge der Vorgänge/Prozesse kann austauschbar sein.the 1 - 16B 10 illustrate perspective and cross-sectional views of intermediate stages in the formation of an integrated circuit structure 100 in accordance with some embodiments of the present disclosure. In accordance with some example embodiments, the transistors formed may include a p-type transistor (such as a p-type FinFET) and an n-type Transistor (such as an n-FinFET) have. Similar reference numbers are used to identify similar elements throughout the various views and illustrative embodiments. It is understood that additional operations before, during and after the in the 1-16B process(es) shown may be provided, and that some of the operations described below may be substituted or eliminated for additional embodiments of the method. The order of operations/processes may be interchangeable.

1 stellt eine perspektivische Ansicht einer Struktur dar. Die Struktur weist ein Substrat 12 auf. Das Substrat 12 kann ein Halbleitersubstrat sein (welches in einigen Ausführungsformen auch als Wafer bezeichnet wird), welches ein Siliziumsubstrat, ein Silizium-Germaniumsubstrat oder ein Substrat gebildet aus anderen Halbleitermaterialien sein kann. Im Einklang mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, weist das Substrat 12 ein massives Siliziumsubstrat und eine Silizium-Germanium-Epitaxieschicht (SiGe-Epitaxieschicht) oder eine Germaniumschicht (welche kein Silizium enthält) über dem massiven Siliziumsubstrat auf. Das Substrat 12 kann mit einer p- oder einer n-Verunreinigung dotiert sein. Isolationsbereiche 14, wie zum Beispiel flache Grabenisolationsbereiche (STI-Bereiche), können derart gebildet sein, dass sie sich in das Substrat 12 erstrecken. Die Abschnitte des Substrats 12 zwischen benachbarten Isolationsbereichen 14 werden als Halbleiterstreifen 102 bezeichnet. 1 FIG. 12 illustrates a perspective view of a structure. The structure includes a substrate 12. FIG. The substrate 12 may be a semiconductor substrate (also referred to as a wafer in some embodiments), which may be a silicon substrate, a silicon germanium substrate, or a substrate formed of other semiconductor materials. In accordance with some embodiments of the present disclosure, the substrate 12 comprises a bulk silicon substrate and a silicon germanium (SiGe) epitaxial layer or a germanium layer (which does not contain silicon) over the bulk silicon substrate. The substrate 12 may be doped with a p or an n impurity. Isolation regions 14, such as shallow trench isolation regions ture (STI regions) may be formed such that they extend into the substrate 12 . The portions of substrate 12 between adjacent isolation regions 14 are referred to as semiconductor strips 102 .

Die Isolationsbereiche 14 können eine Oxidtrennschicht (nicht gezeigt) aufweisen. Die Oxidtrennschicht kann durch eine thermische Oxidation einer Oberflächenschicht des Substrats 12 aus einem thermischen Oxid gebildet sein. Die Oxidtrennschicht kann auch eine aufgebrachte Siliziumoxidschicht, zum Beispiel gebildet durch Verwendung von Atomlagenabscheidung (ALD), hochdichter chemischer Plasma-Dampfabscheidung (HDPCVD) oder chemischer Dampfabscheidung (CVD), sein. Die Isolationsbereiche 14 können auch ein dielektrisches Material über der Oxidtrennschicht aufweisen, wobei das dielektrische Material unter Verwendung fließbarer chemischer Dampfabscheidung (FCVD), Rotationsbeschichtung oder dergleichen gebildet werden kann.The isolation regions 14 may include an oxide isolation layer (not shown). The oxide separating layer may be formed by thermally oxidizing a surface layer of the substrate 12 from a thermal oxide. The oxide separation layer may also be a deposited silicon oxide layer, for example formed using atomic layer deposition (ALD), high density plasma chemical vapor deposition (HDPCVD), or chemical vapor deposition (CVD). The isolation regions 14 may also include a dielectric material over the oxide barrier layer, where the dielectric material may be formed using flowable chemical vapor deposition (FCVD), spin coating, or the like.

Bezugnehmend auf 2 werden die Isolationsbereiche 14 derart vertieft, dass die oberen Abschnitte der Halbleiterstreifen 102 höher hervorragen als die oberen Flächen der benachbarten Isolationsbereiche 14, um vorstehende Finnen 104 zu bilden. Die Ätzung kann unter Verwendung eines Trockenätzprozesses durchgeführt werden, wobei NH3 und NF3 als die Ätzgase verwendet werden. Während des Ätzprozesses kann Plasma erzeugt werden. Auch Argon kann verwendet werden. Im Einklang mit alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird das Vertiefen der Isolationsbereiche 14 unter Verwendung eines Nassätzprozesses vorgenommen. Die Ätzchemikalie kann zum Beispiel verdünnte HF enthalten.Referring to 2 the isolation regions 14 are recessed such that the top portions of the semiconductor strips 102 protrude higher than the top surfaces of the adjacent isolation regions 14 to form protruding fins 104. The etch can be performed using a dry etch process using NH 3 and NF 3 as the etching gases. Plasma can be generated during the etching process. Argon can also be used. Consistent with alternative embodiments of the present disclosure, the recessing of the isolation regions 14 is performed using a wet etch process. For example, the etchant chemistry may contain diluted HF.

In den oben dargestellten Beispielausführungsformen können die Finnen durch ein beliebiges geeignetes Verfahren strukturiert werden. Zum Beispiel können die Finnen unter Verwendung eines oder mehrerer Fotolithografieprozesse, wie zum Beispiel Doppelstrukturierungs- oder Mehrfachstrukturierungsprozesse, strukturiert werden. In der Regel kombinieren Doppelstrukturierungs- oder Mehrfachstrukturierungsprozesse Fotolithografie- und selbstausrichtende Prozesse, wodurch sie die Schaffung von Strukturen ermöglichen, welche zum Beispiel Abstandsmaße aufweisen, welche kleiner sind als jene, welche andernfalls unter Verwendung eines einzigen, direkten Fotolithografieprozesses erzielbar wären. Zum Beispiel wird in einigen Ausführungsformen eine Opferschicht über einem Substrat gebildet und unter Verwendung eines Fotolithografieprozesses strukturiert. Abstandselemente werden zusammen mit der strukturierten Opferschicht unter Verwendung eines selbstausrichtenden Prozesses gebildet. Anschließend wird die Opferschicht entfernt, und die verbleibenden Abstandselemente, oder Formkerne, können dann dazu verwendet werden, die Finnen zu strukturieren.In the example embodiments presented above, the fins may be patterned by any suitable method. For example, the fins may be patterned using one or more photolithographic processes, such as double patterning or multiple patterning processes. Typically, double patterning or multiple patterning processes combine photolithographic and self-aligned processes, thereby enabling the creation of structures having, for example, pitch dimensions that are smaller than those that would otherwise be achievable using a single, direct photolithographic process. For example, in some embodiments, a sacrificial layer is formed over a substrate and patterned using a photolithography process. Spacers are formed along with the patterned sacrificial layer using a self-aligned process. The sacrificial layer is then removed and the remaining spacers, or mandrels, can then be used to pattern the fins.

Die Materialien der vorstehenden Finnen 104 können auch durch Materialien ersetzt werden, welche sich von jenem des Substrats 12 unterscheiden. Falls die vorstehenden Finnen 104 zum Beispiel als n-Transistoren dienen sollen, können die vorstehenden Finnen 104 aus Si, SiP, SiC, SiPC oder einer Halbleiterverbindung der Gruppe III-V, wie zum Beispiel InP, GaAs, AlAs, InAs, InAlAs, InGaAs oder dergleichen, gebildet sein. Falls die vorstehenden Finnen 104 hingegen als p-Transistoren dienen sollen, können die vorstehenden Finnen 104 aus Si, SiGe, SiGeB, Ge oder einer Halbleiterverbindung der Gruppe III-V, wie zum Beispiel InSb, GaSb, InGaSb oder dergleichen, gebildet sein.The materials of the protruding fins 104 can also be replaced with materials different from that of the substrate 12 . For example, if the protruding fins 104 are to serve as n-type transistors, the protruding fins 104 may be made of Si, SiP, SiC, SiPC, or a Group III-V compound semiconductor such as InP, GaAs, AlAs, InAs, InAlAs, InGaAs or the like. On the other hand, if the protruding fins 104 are to serve as p-type transistors, the protruding fins 104 may be formed of Si, SiGe, SiGeB, Ge, or a group III-V compound semiconductor such as InSb, GaSb, InGaSb, or the like.

Bezugnehmend auf die 3A und 3B sind Dummy-Gate-Strukturen 106 an den oberen Flächen und den Seitenwänden der vorstehenden Finnen 104 gebildet worden. 3B stellt eine Querschnittsansicht erlangt aus einer vertikalen Ebene, welche die Linie B - B in 3A enthält, dar. Die Bildung der Dummy-Gate-Strukturen 106 umfasst das aufeinanderfolgende Aufbringen einer dielektrischen Gate-Schicht und einer Dummy-Gate-Elektrodenschicht quer über die Finnen 104, gefolgt vom Strukturieren der dielektrischen Gate-Schicht und der Dummy-Gate-Elektrodenschicht. Als ein Ergebnis des Strukturierens weist die Dummy-Gate-Struktur 106 eine dielektrische Gate-Schicht 108 und eine Dummy-Gate-Elektrode 110 über der dielektrischen Gate-Schicht 108 auf. Die dielektrischen Gate-Schichten 108 können eine beliebige annehmbare dielektrische Schicht, wie zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid dergleichen oder eine Kombination davon, sein, und können unter Verwendung eines beliebigen annehmbaren Prozesses, wie zum Beispiel thermische Oxidation, ein Schleuderbeschichtungsprozess, CVD oder dergleichen, gebildet werden. Die Dummy-Gate-Elektroden 110 können eine beliebige annehmbare Elektrodenschicht sein, welche zum Beispiel Polysilizium, Metall, dergleichen oder eine Kombination davon enthält. Die Gate-Elektrodenschicht kann unter Verwendung eines beliebigen annehmbaren Abscheidungsprozesses, wie zum Beispiel CVD, plasmaverstärkte CVD (PECVD) oder dergleichen, aufgebracht werden. Jede der Dummy-Gate-Strukturen 106 überquert eine einzige oder eine Mehrzahl der vorstehenden Finnen 104. Die Dummy-Gate-Strukturen 106 können auch Längsrichtungen aufweisen, welche sich lotrecht zu den Längsrichtungen der jeweiligen vorstehenden Finnen 104 erstrecken.Referring to the 3A and 3B For example, dummy gate structures 106 have been formed on the top surfaces and sidewalls of the protruding fins 104. FIG. 3B represents a cross-sectional view obtained from a vertical plane containing the line B - B in 3A The formation of the dummy gate structures 106 includes the sequential deposition of a gate dielectric layer and a dummy gate electrode layer across the fins 104, followed by patterning of the gate dielectric layer and the dummy gate electrode layer . As a result of the patterning, the dummy gate structure 106 includes a gate dielectric layer 108 and a dummy gate electrode 110 over the gate dielectric layer 108 . Gate dielectric layers 108 may be any acceptable dielectric layer such as silicon oxide, silicon nitride, the like, or a combination thereof, and may be formed using any acceptable process such as thermal oxidation, a spin coating process, CVD, or the like will. The dummy gate electrodes 110 can be any acceptable electrode layer including, for example, polysilicon, metal, the like, or a combination thereof. The gate electrode layer can be deposited using any acceptable deposition process, such as CVD, plasma enhanced CVD (PECVD), or the like. Each of the dummy gate structures 106 traverses a single or a plurality of the salient fins 104. The dummy gate structures 106 may also have longitudinal directions that extend perpendicular to the longitudinal directions of the respective salient fins 104.

Eine Maskenstruktur kann über der Dummy-Gate-Elektrodenschicht gebildet werden, um das Strukturieren zu unterstützen. In einigen Ausführungsformen weist eine Hartmaskenstruktur untere Masken 112 über einer Deckschicht aus Polysilizium und obere Masken 114 über den unteren Masken 112 auf. Die Hartmaskenstruktur ist aus einer oder mehreren Schichten aus SiO2, SiCN, SiON, Al2O3, SiN oder anderen geeigneten Materialien hergestellt. In bestimmten Ausführungsformen enthalten die unteren Masken 112 Siliziumoxid, und die oberen Masken 114 enthalten Siliziumnitrid. Durch Verwendung der Maskenstruktur als eine Ätzmaske wird die Dummy-Elektrodenschicht zu den Dummy-Gate-Elektroden 110 strukturiert, und die dielektrische Gate-Deckschicht wird zu den dielektrischen Gate-Schichten 108 strukturiert.A mask pattern may be formed over the dummy gate electrode layer to aid patterning. In some versions 1, a hard mask structure has lower masks 112 over a cap layer of polysilicon and upper masks 114 over the lower masks 112. The hard mask structure is made of one or more layers of SiO 2 , SiCN, SiON, Al 2 O 3 , SiN or other suitable materials. In certain embodiments, bottom masks 112 include silicon oxide and top masks 114 include silicon nitride. By using the mask pattern as an etch mask, the dummy electrode layer is patterned into dummy gate electrodes 110 and the gate cap dielectric layer is patterned into gate dielectric layers 108 .

Wie in 4 dargestellt, werden als nächstes Gate-Abstandselemente 116 an Seitenwänden der Dummy-Gate-Strukturen 106 gebildet. In einigen Ausführungsformen der Vorgänge zur Bildung der Gate-Abstandselemente wird eine Abstandselementmaterialschicht am Substrat 12 aufgebracht. Die Abstandselementmaterialschicht kann eine konforme Schicht sein, welche anschließend rückgeätzt wird, um Gate-Seitenwandabstandselemente 116 zu bilden. In einigen Ausführungsformen weist die Abstandselementmaterialschicht mehrere Schichten, wie zum Beispiel eine erste Abstandselementschicht 118 und eine über der ersten Abstandselementschicht 118 gebildete zweite Abstandselementschicht 120 auf. Die erste und die zweite Abstandselementschicht 118 und 120 sind jeweils aus einem geeigneten Material, wie zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Siliziumoxynitrid, SiCN, Siliziumoxykarbid, SiOCN und/oder Kombinationen davon, hergestellt. Als Beispiel, jedoch nicht als Einschränkung, können die erste und die zweite Abstandselementschicht 118 und 120 gebildet werden, indem nacheinander zwei unterschiedliche dielektrische Materialien über den Dummy-Gate-Strukturen 106 aufgebracht werden, wobei Prozesse, wie zum Beispiel ein CVD-Prozess, ein subatmosphärischer CVD-Prozess (SACVC-Prozess), ein fließbarer CVD-Prozess, ein ALD-Prozess, ein PVD-Prozess und/oder ein anderer geeigneter Prozess, verwendet werden. Ein anisotroper Ätzprozess wird dann an den aufgebrachten Abstandselementschichten 118 und 120 ausgeführt, um Abschnitte der Finnen 104, welche nicht durch die Dummy-Gate-Strukturen 106 abgedeckt sind (zum Beispiel in Source-/Drain-Bereichen der Finnen 104), freizulegen. Abschnitte der Abstandselementschichten 116 und 118 direkt über den Dummy-Gate-Strukturen 106 können durch diesen anisotropen Ätzprozess entfernt werden. Abschnitte der Abstandselementschichten 118 und 120 an Seitenwänden der Dummy-Gate-Strukturen 106 können zurückbleiben, wodurch sie Gate-Seitenwandabstandselemente bilden, welche der Einfachheit halber als die Gate-Abstandselemente 116 bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen wird die erste Abstandselementschicht 118 aus Siliziumoxid gebildet, welches eine niedrigere Dielektrizitätskonstante aufweist als Siliziumnitrid, und die zweite Abstandselementschicht 120 wird aus Siliziumnitrid gebildet, welches eine höhere Ätzresistenz gegenüber nachfolgender Ätzbearbeitung (zum Beispiel der Ätzung von Source-/Drain-Vertiefungen in der Finne 104) aufweist als Siliziumoxid. In einigen Ausführungsformen können die Gate-Seitenwandabstandselemente 116 dazu verwendet werden, nachfolgend gebildete dotierte Bereiche, wie zum Beispiel Source-/Drain-Bereiche, auszugleichen. Die Gate-Abstandselemente 116 können ferner zum Designen oder Modifizieren des Source-/Drain-Bereichsprofils verwendet werden.As in 4 1, gate spacers 116 are formed on sidewalls of dummy gate structures 106 next. In some embodiments of the gate spacer formation processes, a layer of spacer material is deposited on substrate 12 . The spacer material layer may be a conformal layer that is subsequently etched back to form gate sidewall spacers 116 . In some embodiments, the spacer material layer comprises multiple layers, such as a first spacer layer 118 and a second spacer layer 120 formed over the first spacer layer 118 . The first and second spacer layers 118 and 120 are each made of a suitable material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, silicon oxynitride, SiCN, silicon oxycarbide, SiOCN, and/or combinations thereof. By way of example but not limitation, the first and second spacer layers 118 and 120 may be formed by sequentially depositing two different dielectric materials over the dummy gate structures 106 using processes such as a CVD process subatmospheric CVD (SACVC) process, a flowable CVD process, an ALD process, a PVD process and/or other suitable process can be used. An anisotropic etch process is then performed on the deposited spacer layers 118 and 120 to expose portions of the fins 104 not covered by the dummy gate structures 106 (e.g., in source/drain regions of the fins 104). Portions of spacer layers 116 and 118 directly over dummy gate structures 106 may be removed by this anisotropic etch process. Portions of spacer layers 118 and 120 on sidewalls of dummy gate structures 106 may be left, thereby forming gate sidewall spacers, which will be referred to as gate spacers 116 for convenience. In some embodiments, the first spacer layer 118 is formed from silicon oxide, which has a lower dielectric constant than silicon nitride, and the second spacer layer 120 is formed from silicon nitride, which has higher etch resistance to subsequent etch processing (e.g., etching source/drain recesses in the fin 104) comprises silicon oxide. In some embodiments, the gate sidewall spacers 116 may be used to level subsequently formed doped regions, such as source/drain regions. Gate spacers 116 may also be used to design or modify the source/drain region profile.

Nachdem die Bildung der Gate-Seitenwandabstandselemente 116 abgeschlossen ist, werden Source-/Drain-Strukturen 122 an Source-/Drain-Bereichen der Finne 104 gebildet, welche nicht durch die Dummy-Gate-Strukturen 106 und die Gate-Seitenwandabstandselemente 116 bedeckt sind. Die entstehende Struktur ist in 5 dargestellt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Bildung der Source-/Drain-Strukturen 122 das Vertiefen von Source-/Drain-Bereichen der Finne 104, gefolgt vom epitaxialen Aufwachsen von Halbleitermaterialien in den vertieften Source-/Drain-Bereichen der Finne 104.After the formation of the gate sidewall spacers 116 is complete, source/drain structures 122 are formed at source/drain regions of the fin 104 that are not covered by the dummy gate structures 106 and the gate sidewall spacers 116 . The resulting structure is in 5 shown. In some embodiments, the formation of source/drain structures 122 includes recessing source/drain regions of fin 104, followed by epitaxially growing semiconductor materials in the recessed source/drain regions of fin 104.

Die Source-/Drain-Bereiche der Finne 104 können durch Verwendung geeigneter selektiver Ätzbearbeitung vertieft werden, welche die Halbleiterfinne 104 angreift, während sie die Gate-Abstandselemente 116 und die oberen Masken 114 der Dummy-Gate-Strukturen 106 kaum angreift. Zum Beispiel kann das Vertiefen der Halbleiterfinne 104 durch eine chemische Trockenätzung mit einer Plasmaquelle und einem Ätzgas erfolgen. Die Plasmaquelle kann eine induktiv gekoppelte Plasmaätzung (ICR-Ätzung), eine transformatorgekoppelte Plasmaätzung (TCP-Ätzung), Elektron-Zyklotron-Resonanzätzung (ECR-Ätzung), reaktive Ionenätzung (RIE) oder dergleichen sein, und das Ätzgas kann Fluor, Chlor, Brom, Kombinationen davon oder dergleichen sein, welches die Halbleiterfinne 104 mit einer schnelleren Ätzrate ätzt, als es die Gate-Abstandselemente 116 und die oberen Masken 114 der Dummy-Gate-Strukturen 106 ätzt. In einigen anderen Ausführungsformen kann das Vertiefen der Halbleiterfinne 104 durch eine chemische Nassätzung erfolgen, wie zum Beispiel mit Ammoniak-Peroxid-Gemisch (APM), NH4OH, Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), Kombinationen davon oder dergleichen, welches die Halbleiterfinne 104 mit einer schnelleren Ätzrate ätzt, als es die Gate-Abstandselemente 116 und die oberen Masken 114 der Dummy-Gate-Strukturen 106 ätzt. In einigen anderen Ausführungsformen kann das Vertiefen der Halbleiterfinne 104 durch eine Kombination aus einer chemischen Trockenätzung und einer chemischen Nassätzung erfolgen.The source/drain regions of the fin 104 can be deepened by using appropriate selective etch processing that attacks the semiconductor fin 104 while barely attacking the gate spacers 116 and the top masks 114 of the dummy gate structures 106 . For example, deepening the semiconductor fin 104 can be done by chemical dry etching with a plasma source and an etching gas. The plasma source can be an inductively coupled plasma etch (ICR etch), a transformer coupled plasma etch (TCP etch), electron cyclotron resonance etch (ECR etch), reactive ion etch (RIE), or the like, and the etchant gas can be fluorine, chlorine, Bromine, combinations thereof, or the like, which etches the semiconductor fin 104 at a faster etch rate than it etches the gate spacers 116 and the top masks 114 of the dummy gate structures 106 . In some other embodiments, deepening the semiconductor fin 104 may be performed by a wet chemical etch, such as mixed ammonia peroxide (APM), NH4OH, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), combinations thereof, or the like, which etches the semiconductor fin 104 at a faster etch rate , as it etches the gate spacers 116 and the top masks 114 of the dummy gate structures 106 . In some other embodiments, deepening the semiconductor fin 104 may be through a combination of a chemical drench eck etch and a wet chemical etch.

Sobald Vertiefungen in den Source-/Drain-Bereichen der Finne 104 geschaffen worden sind, werden epitaxiale Source-/Drain-Strukturen 122 in den Source-/Drain-Vertiefungen in der Finne 104 gebildet, indem ein oder mehrere Epitaxie- oder epitaxiale Prozesse (Epi-Prozesse) verwendet werden, welche ein oder mehrere epitaxiale Materialien an der Halbleiterfinne 104 bereitstellen. Während des epitaxialen Aufwachsprozesses begrenzen die Gate-Abstandselemente 116 das eine oder die mehreren epitaxialen Materialien auf die Source-/Drain-Bereiche in der Finne 104. In einigen Ausführungsformen unterscheiden sich die Gitterkonstanten der Epitaxiestrukturen 122 derart von der Gitterkonstante der Halbleiterfinne 104, dass der Kanalbereich in der Finne 104 und zwischen den Epitaxiestrukturen 122 durch die Epitaxiestrukturen 122 belastet oder gedehnt werden kann, um die Trägerbeweglichkeit der Halbleitervorrichtung zu verbessern und die Leistung der Vorrichtung zu erhöhen. Die Epitaxieprozesse umfassen CVD-Abscheidungsverfahren (zum Beispiel PECVD, Dampfphasenepitaxie (VPE) und/oder Ultrahochvakuum-CVD (UHV-CVD)), Molekularstrahlepitaxie und/oder andere geeignete Prozesse. Der Epitaxieprozess kann gasförmige und/oder flüssige Vorläufer verwenden, welche mit der Zusammensetzung der darunterliegenden Finne 104 interagieren.Once recesses have been created in the source/drain regions of fin 104, epitaxial source/drain structures 122 are formed in the source/drain recesses in fin 104 using one or more epitaxial or epitaxial processes ( Epi-processes may be used, which provide one or more epitaxial materials on the semiconductor fin 104. During the epitaxial growth process, the gate spacers 116 confine the one or more epitaxial materials to the source/drain regions in the fin 104. In some embodiments, the lattice constants of the epitaxial structures 122 differ from the lattice constant of the semiconductor fin 104 such that the Channel region in the fin 104 and between the epitaxial structures 122 can be stressed or strained by the epitaxial structures 122 to improve the carrier mobility of the semiconductor device and increase the performance of the device. The epitaxial processes include CVD deposition methods (e.g., PECVD, vapor phase epitaxy (VPE), and/or ultra high vacuum CVD (UHV-CVD)), molecular beam epitaxy, and/or other suitable processes. The epitaxial process may use gaseous and/or liquid precursors that interact with the composition of the underlying fin 104 .

In einigen Ausführungsformen können die epitaxialen Source-/Drain-Strukturen 122 Ge, Si, GaAs, AlGaAs, SiGe, GaAsP, SiP oder ein anderes geeignetes Material enthalten. Die epitaxialen Source-/Drain-Strukturen 122 können während der epitaxialen Prozesse in-situ dotiert werden, indem Dotierspezies eingebracht werden, wie zum Beispiel: p-Dotierstoffe, wie zum Beispiel Bor oder BF2; n-Dotierstoffe, wie zum Beispiel Phosphor oder Arsen; und/oder andere geeignete Dotierstoffe oder Kombinationen derselben. Falls die epitaxialen Source-/Drain-Strukturen 122 nicht in situ dotiert werden, wird ein Implantationsprozess (das heißt ein Übergangsimplantierungsprozess) durchgeführt, um die epitaxialen Source-/Drain-Strukturen 122 zu dotieren. In einigen Beispielausführungsformen enthalten die epitaxialen Source-/Drain-Strukturen 122 in einem n-Transistor SiP, während jene in einem p-Transistor GeSnB und/oder SiGeSnB enthalten. In Ausführungsformen mit unterschiedlichen Vorrichtungstypen, kann eine Maske, wie zum Beispiel ein Fotolack, über n-Vorrichtungsbereichen gebildet werden, während p-Vorrichtungsbereiche freigelegt werden, und p-epitaxiale Strukturen können an den freiliegenden Finnen 104 in den p-Vorrichtungsbereichen gebildet werden. Dann kann die Maske entfernt werden. In der Folge kann eine Maske, wie zum Beispiel ein Fotolack, über dem p-Vorrichtungsbereich gebildet werden, während die n-Vorrichtungsbereiche freigelegt werden, und n-epitaxiale Strukturen können an den freiliegenden Finnen 104 im n-Vorrichtungsbereich gebildet werden. Dann kann die Maske entfernt werden.In some embodiments, the source/drain epitaxial structures 122 may include Ge, Si, GaAs, AlGaAs, SiGe, GaAsP, SiP, or other suitable material. The source/drain epitaxial structures 122 may be doped in-situ during the epitaxial processes by introducing dopant species such as: p-type dopants such as boron or BF2; n-type dopants such as phosphorus or arsenic; and/or other suitable dopants or combinations thereof. If the source/drain epitaxial structures 122 are not doped in situ, an implantation process (ie, a junction implantation process) is performed to dope the source/drain epitaxial structures 122 . In some example embodiments, the source/drain epitaxial structures 122 in an n-type transistor include SiP, while those in a p-type transistor include GeSnB and/or SiGeSnB. In embodiments with different device types, a mask, such as photoresist, may be formed over n-device areas while exposing p-device areas, and p-epitaxial structures may be formed on the exposed fins 104 in the p-device areas. Then the mask can be removed. As a result, a mask, such as photoresist, may be formed over the p-device area while exposing the n-device areas, and n-epitaxial structures may be formed on the exposed fins 104 in the n-device area. Then the mask can be removed.

Sobald die epitaxialen Source-/Drain-Strukturen 122 gebildet worden sind, kann ein Temperprozess durchgeführt werden, um die p-Dotierstoffe oder die n-Dotierstoffe in den epitaxialen Source-/Drain-Strukturen 122 zu aktivieren. Der Temperprozess kann zum Beispiel ein schneller thermischer Temper-Prozess (RTA), ein Lasertemperprozess, ein thermischer Millisekundentemperprozess (MSA) oder dergleichen sein.Once the source/drain epitaxial structures 122 have been formed, an annealing process may be performed to activate the p-type dopants or the n-type dopants in the source/drain epitaxial structures 122 . The annealing process may be, for example, a rapid thermal anneal (RTA) process, a laser anneal, a millisecond thermal anneal (MSA) process, or the like.

Als nächstes wird in 6 eine dielektrische Zwischenschicht (ILD-Schicht) 126 am Substrat 12 gebildet. In einigen Ausführungsformen wird vor dem Bilden der ILD-Schicht 126 auch eine Kontaktätzstoppschicht (CESL) gebildet. In einigen Beispielen enthält die CESL eine Siliziumnitridschicht, eine Siliziumoxidschicht, eine Siliziumoxynitridschicht und/oder andere geeignete Materialien, welche eine andere Ätzselektivität aufweisen als die ILD-Schicht 126. Die CESL kann durch einen plasmaverstärkten chemischen Dampfabscheidungsprozess (PECVD-Prozess) und/oder andere geeignete Abscheidungs- oder Oxidationsprozesse gebildet werden. In einigen Ausführungsformen enthält die ILD-Schicht 126 Materialien, wie zum Beispiel durch Tetraethylorthosilikat gebildetes Oxid (TEOS-Oxid), undotiertes Silikatglas oder dotiertes Siliziumoxid, wie zum Beispiel Borphosphorsilikatglas (BPSG), geschmolzenes Quarzglas (FSG), Phosphorsilikatglas (PSG), bordotiertes Siliziumglas (BSG) und/oder andere geeignete dielektrische Materialien, welche eine andere Ätzselektivität aufweisen als die CESL 124. Die ILD-Schicht 126 kann durch einen PECVD-Prozess oder eine andere geeignete Abscheidungstechnik aufgebracht werden. In einigen Ausführungsformen kann der Wafer nach der Bildung der ILD-Schicht 126 einem Prozess mit hohem thermischen Budget unterzogen werden, um die ILD-Schicht 126 zu tempern.Next will be in 6 an interlayer dielectric (ILD) layer 126 is formed on substrate 12 . In some embodiments, prior to forming the ILD layer 126, a contact etch stop layer (CESL) is also formed. In some examples, the CESL includes a silicon nitride layer, a silicon oxide layer, a silicon oxynitride layer, and/or other suitable materials that have a different etch selectivity than the ILD layer 126. The CESL may be formed by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process and/or others suitable deposition or oxidation processes are formed. In some embodiments, the ILD layer 126 includes materials such as tetraethyl orthosilicate formed oxide (TEOS oxide), undoped silicate glass, or doped silicon oxide, such as boron phosphorus silicate glass (BPSG), fused silica glass (FSG), phosphorus silicate glass (PSG), boron doped Silicon Glass (BSG) and/or other suitable dielectric materials that have a different etch selectivity than CESL 124. ILD layer 126 may be deposited by a PECVD process or other suitable deposition technique. In some embodiments, after the ILD layer 126 is formed, the wafer may be subjected to a high thermal budget process to anneal the ILD layer 126 .

In einigen Beispielen kann nach dem Bilden der ILD-Schicht 126 ein Planarisierungsprozess durchgeführt werden, um überschüssige Materialien der ILD-Schicht 126 zu entfernen. Zum Beispiel umfasst ein Planarisierungsprozess einen chemischmechanischen Planarisierungsprozess (CMP-Prozess), welcher Abschnitte der ILD-Schicht 126 (und der CESL, falls vorhanden), welche über den Dummy-Gate-Strukturen 106 angeordnet sind, entfernt. In einigen Ausführungsformen entfernt der CMP-Prozess auch die Hartmaskenschichten 112, 114 (wie in 5 gezeigt), und legt die Dummy-Gate-Elektroden 110 frei.In some examples, after forming the ILD layer 126, a planarization process may be performed to remove excess ILD layer 126 materials. For example, a planarization process includes a chemical-mechanical planarization (CMP) process that removes portions of the ILD layer 126 (and the CESL, if present) disposed over the dummy gate structures 106 . In some embodiments, the CMP process also removes the hard mask layers 112, 114 (as in 5 shown), and exposes the dummy gate electrodes 110.

Wie in 7 dargestellt, werden als nächstes die verbleibenden Dummy-Gate-Strukturen 106 (siehe 6) entfernt, wodurch Gate-Gräben GT1 zwischen jeweiligen Gate-Seitenwandabstandselementen 116 entstehen. Die Dummy-Gate-Strukturen 106 werden unter Verwendung eines selektiven Ätzprozesses (zum Beispiel selektivem Trockenätzen, selektivem Nassätzen oder einer Kombination davon), welcher Materialien in den Dummy-Gate-Strukturen 106 mit einer schnelleren Ätzrate ätzt, als er andere Materialien (zum Beispiel die Gate-Seitenwandabstandselemente 116, die CESL und/oder die ILD-Schicht 126) ätzt, entfernt.As in 7 shown, the remaining dummy gate structures 106 (see Fig 6 ) are removed, leaving gate trenches GT1 between respective gate sidewall spacers 116 . The dummy gate structures 106 are etched using a selective etch process (e.g., selective dry etch, selective wet etch, or a combination thereof) that etches materials in the dummy gate structures 106 at a faster etch rate than other materials (e.g., removes the gate sidewall spacers 116 which etches the CESL and/or the ILD layer 126).

Danach werden jeweils Ersatz-Gate-Strukturen 130 in den Gate-Gräben GT1 gebildet, wie in 8 dargestellt. Die Gate-Strukturen 130 können die endgültigen Gates von FinFET sein. Die endgültigen Gate-Strukturen können jeweils ein Metall-Gate-Stapel mit hohem K-Wert sein, wobei jedoch auch andere Zusammensetzungen möglich sind. In einigen Ausführungsformen bildet jede der Gate-Strukturen 130 das Gate in Verbindung mit den drei Seiten des Kanalbereich bereitgestellt durch die Finne 104. Anders ausgedrückt umhüllt jede der Gate-Strukturen 130 die Finne 104 an drei Seiten. In verschiedenen Ausführungsformen weist die Metall-Gate-Struktur mit hohem k-Wert 130 eine dielektrische Gate-Schicht 132, welche den Gate-Graben GT1 auskleidet, eine Austrittsarbeitsmetallschicht 134, welcher über der dielektrischen Gate-Schicht 132 gebildet ist, und ein Füllmetall 136, welches über der Austrittsarbeitsmetallschicht 134 gebildet ist und einen Rest der Gate-Gräben GT1 füllt, auf. Die dielektrische Gate-Schicht 132 weist eine Grenzflächenschicht (zum Beispiel eine Siliziumoxidschicht) und eine dielektrische Gate-Schicht mit hohem k-Wert über der Grenzflächenschicht auf. Die hierin verwendeten und beschriebenen Gate-Dielektrika mit hohem k-Wert enthalten dielektrische Materialien aufweisend eine hohe Dielektrizitätskonstante, welche zum Beispiel höher ist als jene von thermischem Siliziumoxid (~3,9). Die Austrittsarbeitsmetallschicht 134 und/oder Füllmetall 136, welches innerhalb der Metall-Gate-Strukturen mit hohem k-Wert 130 verwendet wird, kann ein Metall, eine Metalllegierung oder Metallsilizide enthalten. Die Bildung der Metall-Gate-Strukturen mit hohem k-Wert 130 kann mehrere Abscheidungsprozesse umfassen, um verschiedene Gate-Materialien und eine oder mehrere Auskleidungsschichten zu bilden, sowie einen oder mehrere CMP-Prozesse, um überschüssige Gate-Materialien zu entfernen.After that, replacement gate structures 130 are respectively formed in the gate trenches GT1, as in FIG 8th shown. Gate structures 130 may be the final gates of FinFETs. The final gate structures can each be a high-K metal gate stack, although other compositions are possible. In some embodiments, each of the gate structures 130 forms the gate in conjunction with the three sides of the channel region provided by the fin 104. In other words, each of the gate structures 130 wraps around the fin 104 on three sides. In various embodiments, the high-k metal gate structure 130 includes a gate dielectric layer 132 lining the gate trench GT1, a work function metal layer 134 formed over the gate dielectric layer 132, and a fill metal 136 , which is formed over the work function metal layer 134 and fills a remainder of the gate trenches GT1. Gate dielectric layer 132 includes an interface layer (e.g., a silicon oxide layer) and a high-k gate dielectric layer overlying the interface layer. The high-k gate dielectrics used and described herein include dielectric materials having a high dielectric constant, which is higher than, for example, thermal silicon oxide (˜3.9). The work function metal layer 134 and/or fill metal 136 used within the high-k metal gate structures 130 may include a metal, metal alloy, or metal silicides. The formation of the high-k metal gate structures 130 may include multiple deposition processes to form various gate materials and one or more liner layers, and one or more CMP processes to remove excess gate materials.

In einigen Ausführungsformen kann die Grenzflächenschicht der dielektrischen Gate-Schicht 132 ein dielektrisches Material, wie zum Beispiel Siliziumoxid (Si02), HfSiO oder Siliziumoxynitrid (SiON), enthalten. Die Grenzflächenschicht kann durch chemische Oxidation, thermische Oxidation, Atomlagenabscheidung (ALD), chemische Dampfabscheidung (CVD) und/oder ein anderes geeignetes Verfahren gebildet werden. Die dielektrische Schicht mit hohem k-Wert der dielektrischen Gate-Schicht 132 kann Hafniumoxid (Hf02) enthalten. Alternativ dazu kann die dielektrische Gate-Schicht 132 andere Dielektrika mit hohem k-Wert, wie zum Beispiel Hafnium-Siliziumoxid (HfSiO), Hafnium-Siliziumoxynitrid (HfSiON), Hafnium-Tantaloxid (HfTaO), Hafnium-Titanoxid (HfTiO), Hafnium-Zirkoniumoxid (HfZrO), Lanthanoxid (LaO), Zirkoniumoxid (ZrO), Titanoxid (TiO), Tantaloxid (Ta2O5), Yttriumoxid (Y2O3), Strontium-Titanoxid (SrTiO3, STO), Barium-Titanoxid (BaTiO3, BTO), Barium-Zirkoniumoxid (BaZrO), Hafnium-Lanthanoxid (HfLaO), Lanthan-Siliziumoxid (LaSiO), Aluminium-Siliziumoxid (AlSiO), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumnitrid (Si3N4), Oxynitride (SiON) und Kombinationen davon, enthalten.In some embodiments, the interface layer of gate dielectric layer 132 may include a dielectric material such as silicon oxide (SiO 2 ), HfSiO, or silicon oxynitride (SiON). The interface layer may be formed by chemical oxidation, thermal oxidation, atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), and/or any other suitable method. The high-k dielectric layer of gate dielectric layer 132 may include hafnium oxide (HfO 2 ). Alternatively, gate dielectric layer 132 may include other high-k dielectrics such as hafnium silicon oxide (HfSiO), hafnium silicon oxynitride (HfSiON), hafnium tantalum oxide (HfTaO), hafnium titanium oxide (HfTiO), hafnium Zirconium Oxide (HfZrO), Lanthanum Oxide (LaO), Zirconium Oxide (ZrO), Titanium Oxide (TiO), Tantalum Oxide (Ta2O5), Yttrium Oxide (Y2O3), Strontium Titanium Oxide (SrTiO 3 , STO), Barium Titanium Oxide (BaTiO 3 , BTO), Barium zirconia (BaZrO), hafnium lanthana (HfLaO), lanthanum silica (LaSiO), alumina silica (AlSiO), alumina (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N4 ) , oxynitrides (SiON), and combinations thereof , contain.

Die Austrittsarbeitsmetallschicht 134 kann Austrittsarbeitsmetalle enthalten, um eine geeignete Austrittsarbeit für die Metall-Gate-Strukturen mit hohem k-Wert 130 bereitzustellen. Für einen n-FinFET kann die Austrittsarbeitsmetallschicht 134 ein oder mehrere n-Austrittsarbeitsmetalle (N-Metalle) enthalten. Die n-Austrittsarbeitsmetalle können zum Beispiel Titanaluminid (TiAl), Titanaluminiumnitrid (TiAlN), Karbonitrid-Tantal (TaCN), Hafnium (Hf), Zirkonium (Zr), Titan (Ti), Tantal (Ta), Aluminium (AI), Metallkarbide (zum Beispiel Hafniumkarbid (HfC), Zirkoniumkarbid (ZrC), Titankarbid (TiC), Aluminiumkarbid (AlC)), Aluminide und/oder andere geeignete Materialien enthalten, sind aber nicht beschränkt auf diese. Andererseits kann die Austrittsarbeitsmetallschicht 134 für einen p-FinFET ein oder mehrere p-Austrittsarbeitsmetalle (P-Metalle) enthalten. Die p-Austrittsarbeitsmetalle können zum Beispiel Titannitrid (TiN), Wolframnitrid (WN), Wolfram (W), Ruthenium (Ru), Palladium (Pd), Platin (Pt), Kobalt (Co), Nickel (Ni), leitfähige Metalloxide und/oder andere geeignete Materialien enthalten, sind aber nicht beschränkt auf diese.The work function metal layer 134 may contain work function metals to provide an appropriate work function for the high-k metal gate structures 130 . For an n-type FinFET, work-function metal layer 134 may include one or more n-type work-function metals (N-metals). The n-work function metals can be, for example, titanium aluminide (TiAl), titanium aluminum nitride (TiAlN), carbonitride tantalum (TaCN), hafnium (Hf), zirconium (Zr), titanium (Ti), tantalum (Ta), aluminum (Al), metal carbides (e.g., but not limited to hafnium carbide (HfC), zirconium carbide (ZrC), titanium carbide (TiC), aluminum carbide (AlC)), aluminides, and/or other suitable materials. On the other hand, for a p-type FinFET, the work function metal layer 134 may include one or more p-type work function metals (P-metals). The p-workfunction metals can be, for example, titanium nitride (TiN), tungsten nitride (WN), tungsten (W), ruthenium (Ru), palladium (Pd), platinum (Pt), cobalt (Co), nickel (Ni), and conductive metal oxides /or include, but are not limited to, other suitable materials.

In einigen Ausführungsformen kann das Füllmetall 136 zum Beispiel Wolfram, Aluminium, Kupfer, Nickel, Kobalt, Titan, Tantal, Titannitrid, Tantalnitrid, Nickelsilizid, Kobaltsilizid, TaC, TaSiN, TaCN, TiAl, TiAlN oder andere geeignete Materialien enthalten, ist aber nicht beschränkt auf diese.For example, in some embodiments, the fill metal 136 may include, but is not limited to, tungsten, aluminum, copper, nickel, cobalt, titanium, tantalum, titanium nitride, tantalum nitride, nickel silicide, cobalt silicide, TaC, TaSiN, TaCN, TiAl, TiAlN, or other suitable materials to this.

Nunmehr wird Bezug genommen auf 9. Ein Rückätzprozess wird durchgeführt, um die Ersatz-Gate-Strukturen 130 rückzuätzen, wodurch Vertiefungen R1 über den rückgeätzten Gate-Strukturen 130 entstehen. Da die Materialien der Ersatz-Gate-Strukturen 130 eine andere Ätzselektivität aufweisen als die Gate-Abstandselemente 116 kann in einigen Ausführungsformen ein selektiver Ätzprozess durchgeführt werden, um die Ersatz-Gate-Strukturen 130 rückzuätzen, um die Ersatz-Gate-Strukturen 130 niedriger zu machen. Folglich können die oberen Flächen der Ersatz-Gate-Strukturen 130 auf einer niedrigeren Ebene angeordnet sein als die oberen Flächen der Gate-Abstandselemente 116.Reference is now made to 9 . An etch back process is performed to etch back the replacement gate structures 130 , thereby forming recesses R1 over the etched back gate structures 130 . Since the materials of the replacement gate structures 130 have a different etch selectivity than the gate spacers 116, in some embodiments, a selective etch process may be performed to etch back the replacement gate structures 130 to provide the replacement gate structures 130 lower. Consequently, the top surfaces of replacement gate structures 130 may be located at a lower level than the top surfaces of gate spacers 116.

In der Folge wird eine dielektrische Kappenschicht 140 über dem Substrate 12 aufgebracht, bis die Vertiefungen R1 überfüllt sind, wie in 10 dargestellt. Die dielektrische Kappenschicht 140 enthält SiNx, AlxOy, AlON, SiOxCy, SiCxNy, Bornitrid (BN), Borkarbonitrid (BNC), Kombinationen davon oder dergleichen, und wird durch eine geeignete Abscheidungstechnik, wie zum Beispiel CVD, plasmaverstärkte CVD (PECVD), ALD, entfernte Plasma-ALD (RPALD), plasmaverstärkte ALD (PEALD), Kombinationen davon oder dergleichen, gebildet. Danach wird ein CMP-Prozess durchgeführt, um die Kappenschicht außerhalb der Vertiefungen R1 zu entfernen, wodurch ausschließlich Abschnitte der dielektrischen Kappenschicht 140 in den Vertiefungen R1 zurückbleiben, um als dielektrische Kappen 142 zu dienen. Die entstehende Struktur ist in 11 dargestellt. Die dielektrische Kappe 142 ist in direktem Kontakt mit den Ersatz-Gate-Strukturen 130 angeordnet, wie in 11 gezeigt.Subsequently, a capping dielectric layer 140 is deposited over the substrate 12 until the wells R1 are crowded, as shown in FIG 10 shown. The dielectric cap layer 140 includes SiN x , Al x O y , AlON, SiO x Cy, SiC x N y , boron nitride (BN), boron carbonitride (BNC), combinations thereof, or the like, and is plasma enhanced by a suitable deposition technique such as CVD CVD (PECVD), ALD, remote plasma ALD (RPALD), plasma enhanced ALD (PEALD), combinations thereof, or the like. Thereafter, a CMP process is performed to remove the cap layer outside of the recesses R1 , leaving only portions of the dielectric cap layer 140 in the recesses R1 to serve as the dielectric caps 142 . The resulting structure is in 11 shown. The dielectric cap 142 is placed in direct contact with the replacement gate structures 130, as in FIG 11 shown.

Bezugnehmend auf 12 werden Source-/Drain-Kontakte 144 gebildet, welche sich durch die ILD-Schicht 126 (und die CESL, falls vorhanden) erstrecken (siehe 11). Die Bildung der Source-/Drain-Kontakte 144 umfasst zum Beispiel, jedoch nicht als Einschränkung, das Durchführen eines oder mehrere Ätzprozesse zum Bilden von Kontaktöffnungen, welche sich durch die ILD-Schicht 126 (und die CESL, falls vorhanden) erstrecken, um die Source-/Drain-Epitaxiestrukturen 122 freizulegen, das Aufbringen eines oder mehrerer metallischer Werkstoffe, welche die Kontaktöffnungen überfüllen, und das anschließende Durchführen eines CMP-Prozesses zum Entfernen überschüssiger metallischer Werkstoffe außerhalb der Kontaktöffnungen. In einigen Ausführungsformen umfassen der eine oder die mehreren Ätzprozesse eine selektive Ätzung, welche die ILD-Schicht 126 mit einer schnelleren Ätzrate ätzt, als sie die dielektrischen Kappen 142 und die Gate-Abstandselemente 116 ätzt. Folglich wird das selektive Ätzen unter Verwendung der dielektrischen Kappen 142 und der Gate-Abstandselemente 116 als eine Ätzmaske durchgeführt, sodass die Kontaktöffnungen und somit die Source-/Drain-Kontakte 144 selbstausrichtend auf die Source-/Drain-Epitaxiestrukturen 122 gebildet werden, ohne dass ein zusätzlicher Fotolithografieprozess verwendet wird. Dadurch, dass die dielektrischen Kappen 142 das Bilden der Source-/Drain-Kontakte 144 in einer selbstausrichtenden Art und Weise ermöglichen, können sie als selbstausrichtende Kontaktkappen (SAC-Kappen) 142 bezeichnet werden.Referring to 12 , source/drain contacts 144 are formed that extend through the ILD layer 126 (and the CESL, if present) (see FIG 11 ). Forming the source/drain contacts 144 includes, for example but not limitation, performing one or more etch processes to form contact openings that extend through the ILD layer 126 (and the CESL, if present) to the exposing source/drain epitaxial structures 122, depositing one or more metallic materials overfilling the contact openings, and then performing a CMP process to remove excess metallic materials outside of the contact openings. In some embodiments, the one or more etch processes include a selective etch that etches ILD layer 126 at a faster etch rate than it etches dielectric caps 142 and gate spacers 116 . Consequently, the selective etch is performed using the dielectric caps 142 and the gate spacers 116 as an etch mask such that the contact openings and thus the source/drain contacts 144 are formed self-aligned to the source/drain epitaxial structures 122 without the an additional photolithographic process is used. Because the dielectric caps 142 allow the source/drain contacts 144 to be formed in a self-aligned manner, they may be referred to as self-aligned contact caps (SAC caps) 142 .

Sobald die selbstausrichtenden Source-/Drain-Kontakte 144 gebildet worden sind, wird wie in 13 gezeigt, eine Ätzstoppschicht (ESL) 146 selektiv über den dielektrischen Materialien (zum Beispiel den SAC-Kappen 142 und den Gate-Abstandselementen 116) gebildet. In einigen Ausführungsformen wird die ESL 146 durch einen selektiven Atomlagenabscheidungsprozess (ALD-Prozess) gebildet, welcher eine schnellere Abscheidungsrate an dielektrischen Flächen als an metallischen Flächen zeigt. Der selektive ALD-Prozess umfasst das Bereitstellen abwechselnder Impulse eines metallischen Vorläufers und eines Hydroxylvorläufer in eine Reaktionskammer. Impulse der Reaktanten sättigen die Oberfläche in einer selbstbegrenzenden Art und Weise.Once the self-aligned source/drain contacts 144 have been formed, as in FIG 13 1, an etch stop layer (ESL) 146 is formed selectively over the dielectric materials (e.g., the SAC caps 142 and the gate spacers 116). In some embodiments, the ESL 146 is formed by a selective atomic layer deposition (ALD) process, which exhibits a faster deposition rate on dielectric surfaces than on metallic surfaces. The selective ALD process involves providing alternating pulses of a metallic precursor and a hydroxyl precursor into a reaction chamber. Pulses of the reactants saturate the surface in a self-limiting manner.

Ein beispielhafter selektiver ALD-Prozess, in welchem die ESL 146 gebildet wird, umfasst die folgenden Vorgänge. Die Struktur von 12 wird in eine Reaktionskammer geladen. Anschließend wird für eine erste Zeitdauer ein Impuls eines Vorläufers in die Reaktionskammer, welche mit der Struktur beladen ist, eingespritzt. In diesem Fall enthält der Vorläufer eine Chemikalie ausgewählt aus der Gruppe umfassend H2O, H2O2 und/oder O3. Zum Beispiel enthält der Vorläufer Hydroxylvorläufer.An example selective ALD process in which the ESL 146 is formed includes the following operations. The structure of 12 is loaded into a reaction chamber. A pulse of precursor is then injected into the reaction chamber loaded with the structure for a first period of time. In this case, the precursor contains a chemical selected from the group consisting of H 2 O, H 2 O 2 and/or O 3 . For example, the precursor includes hydroxyl precursors.

Wenn der Hydroxylvorläufer in die Reaktionskammer eingespritzt wird, bildet sich eine Chemisorptionsschicht des Hydroxylvorläufers selektiv an den freigelegten Flächen der dielektrischen Materialien (zum Beispiel den SAC-Kappen 142 und den Gate-Abstandselementen 116), bildet sich jedoch nicht an freiliegenden Flächen der metallischen Werkstoffe (zum Beispiel den Source-/Drain-Kontakten 144). In der Folge wird der restliche Hydroxylvorläufer für einen zweiten Zeitraum aus der Reaktionskammer entladen. Um den restlichen Hydroxylvorläufer wirksamer aus der Reaktionskammer zu entladen, kann während dieser Spüldauer Spülgas in die Reaktionskammer eingespritzt werden, wobei das Spülgas ein Inertgas, wie zum Beispiel N2, Ar, He oder ähnliche Inertgase, enthalten kann.When the hydroxyl precursor is injected into the reaction chamber, a chemisorption layer of the hydroxyl precursor forms selectively on the exposed surfaces of the dielectric materials (e.g., the SAC caps 142 and the gate spacers 116), but does not form on exposed surfaces of the metallic materials ( for example the source/drain contacts 144). Subsequently, the residual hydroxyl precursor is discharged from the reaction chamber for a second period of time. In order to more efficiently unload residual hydroxyl precursor from the reaction chamber, purge gas may be injected into the reaction chamber during this purge period, which purge gas may include an inert gas such as N 2 , Ar, He or similar inert gases.

Nach dem Entladen des restlichen Hydroxylvorläufers aus der Reaktionskammer wird für einen dritten Zeitraum ein Impuls eines metallischen Vorläufers in die Reaktionskammer eingespritzt. In diesem Fall besitzt der metallische Vorläufer eine hohe Reaktionswahrscheinlichkeit mit der Chemisorptionsschicht des Hydroxylvorläufers. Einige Beispiele für den metallischen Vorläufer enthalten einen Tetrachlor-Übergangsmetallkomplex. In einigen Ausführungsformen enthält der Tetrachlor-Übergangsmetallkomplex eine Chemikalie ausgewählt aus der Gruppe umfassend ZrCl4, HfCl4, AlCl4 und TiCl4. Der metallische Vorläufer reagiert mit der Chemisorptionsschicht des Hydroxylvorläufers. In der Folge bildet sich eine Atomlage aus mehrere ESL 146 an den freiliegenden Flächen der dielektrischen Materialien (zum Beispiel den SAC-Kappen 142 und den Gate-Abstandselementen 116), bildet sich jedoch nicht an den freiliegenden Flächen der metallischen Werkstoffe (zum Beispiel den Source-/Drain-Kontakten 144). In 13 sind die ESL 146 eine dielektrische Schicht mit hohem κ, welche ein Metalloxid enthält. In einigen Ausführungsformen enthält das Metalloxid Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid und/oder andere geeignete Materialien. In einigen anderen Ausführungsformen können die ESL 146 aus SiO2, SiNx, AlxOy, AlON, SiOxCy, SiCxNy, Bornitrid (BN), Borkarbonitrid (BNC) oder anderen geeigneten Materialien hergestellt sein.After the residual hydroxyl precursor is discharged from the reaction chamber, a pulse of metallic precursor is injected into the reaction chamber for a third period of time. In this case, the metallic precursor has a high reaction probability with the chemisorption layer of the hydroxyl precursor. Some examples of the metallic precursor include a tetrachloro transition metal complex. In some embodiments, the tetrachloro-transition metal complex contains a chemical selected from the group consisting of ZrCl 4 , HfCl 4 , AlCl 4 and TiCl 4 . The metallic precursor reacts with the chemisorption layer of the hydroxyl precursor. As a result, an atomic layer is formed from several ESL 146 forms on the exposed surfaces of the dielectric materials (e.g., the SAC caps 142 and the gate spacers 116), but does not form on the exposed surfaces of the metallic materials (e.g., the source/drain contacts 144). In 13 ESL 146 is a high-k dielectric layer containing a metal oxide. In some embodiments, the metal oxide includes zirconia, hafnia, alumina, titania, and/or other suitable materials. In some other embodiments, the ESLs 146 may be made of SiO 2 , SiN x , Al x O y , AlON, SiO x Cy, SiC x N y , boron nitride (BN), boron carbonitride (BNC), or other suitable materials.

In der Folge wird der restliche metallische Vorläufer für einen vierten Zeitraum aus der Reaktionskammer entladen. Um den restlichen metallischen Vorläufer wirksamer aus der Reaktionskammer zu entladen, kann während dieser vierten Spüldauer ein Inertgas, wie zum Beispiel N2, Ar, He oder dergleichen, in die Reaktionskammer eingespritzt werden.Subsequently, the remaining metallic precursor is discharged from the reaction chamber for a fourth period of time. During this fourth purge period, an inert gas, such as N 2 , Ar, He, or the like, may be injected into the reaction chamber to more efficiently discharge residual metal precursor from the reaction chamber.

In einigen Ausführungsformen umfasst der selektive ALD-Prozess eine Abfolge selektiver ALD-Zyklen, das heißt, die ersten bis vierten Zeiträume, wie oben beschrieben, während welchen jeweils abwechselnd der Hydroxylvorläufer und der metallische Vorläufer in die Reaktionskammer eingespritzt und danach aus der Reaktionskammer entladen werden, werden zusammengenommen als ein Abscheidungs- oder Schichtbildungszyklus betrachtet. Durch mehrfaches Wiederholen dieses Zyklus, werden die ESL 146 mit einer gewünschten Dicke gebildet. Die ESL 146 kann eine Dicke T1 von ungefähr 3 nm bis ungefähr 10 nm aufweisen. Falls die Dicke T1 weniger als ungefähr 3 nm beträgt, kann die ESL 146 zu dünn sein, um einen nachfolgenden Ätzprozess zu verlangsamen oder anzuhalten; falls die Dicke T1 größer als ungefähr 10 nm ist, kann die integrierte Schaltungsstruktur eine hohe parasitäre Kapazität aufweisen. In einigen Ausführungsformen wird optional ein CMP-Prozess durchgeführt, um die ESL 146 nach Abschluss des selektiven ALD-Prozesses zu planarisieren.In some embodiments, the selective ALD process includes a series of selective ALD cycles, that is, the first through fourth periods, as described above, during which the hydroxyl precursor and the metallic precursor are alternately injected into the reaction chamber and thereafter discharged from the reaction chamber , are collectively considered a deposition or film formation cycle. By repeating this cycle multiple times, the ESLs 146 having a desired thickness are formed. The ESL 146 may have a thickness T1 of about 3 nm to about 10 nm. If the thickness T1 is less than about 3 nm, the ESL 146 may be too thin to slow or stop a subsequent etch process; if the thickness T1 is greater than about 10 nm, the integrated circuit structure may have a high parasitic capacitance. In some embodiments, a CMP process is optionally performed to planarize the ESL 146 after the selective ALD process is complete.

Bezugnehmend auf 14 wird eine weitere ILD-Schicht 148 über der ESL 146 gebildet. In einigen Ausführungsformen enthält die ILD-Schicht 148 Materialien, wie zum Beispiel durch Tetraethylorthosilikat gebildetes Oxid (TEOS-Oxid), undotiertes Silikatglas oder dotiertes Siliziumoxid, wie zum Beispiel Borphosphorsilikatglas (BPSG), geschmolzenes Quarzglas (FSG), Phosphorsilikatglas (PSG), bordotiertes Siliziumglas (BSG), SiOC, SiCHx und/oder andere geeignete dielektrische Materialien, welche eine andere Ätzselektivität aufweisen als die ESL 146. In bestimmten Ausführungsformen ist die ILD-Schicht 148 aus Siliziumoxid (SiOx) gebildet. Die ILD-Schicht 148 kann durch einen PECVD-Prozess oder eine andere geeignete Abscheidungstechnik aufgebracht werden. In einigen Ausführungsformen weist die ESL 146 eine ausreichende Ätzselektivität (zum Beispiel ungefähr 7-mal höher bis ungefähr 10-mal höher oder mehr) in Bezug auf die ILD-Schicht 148 in einem anschließenden Durchkontaktierungsätzprozess auf. Anders ausgedrückt beträgt im nachfolgenden Durchkontaktierungsätzprozess eine Ätzrate der ILD-Schicht 148 ungefähr das Siebenfache bis ungefähr das Zehnfache oder mehr als eine Ätzrate der ESL 146. Das bedeutet, der nachfolgende Durchkontaktierungsätzprozess ätzt die ILD-Schicht 148 mit einer mehr als ungefähr 7-mal schnelleren Ätzrate als er die ESL 146 ätzt. Somit kann die ESL 146 den Ätzprozess zum Bilden der Durchkontaktierungsöffnungen (siehe die 15A und 15B) verlangsamen oder anhalten, was wiederum ein Überätzen der dielektrischen Materialien in der Nähe der Source-/Drain-Kontakte 144 verhindert.Referring to 14 another ILD layer 148 is formed over the ESL 146 . In some embodiments, the ILD layer 148 includes materials such as tetraethyl orthosilicate formed oxide (TEOS oxide), undoped silicate glass, or doped silicon oxide, such as boron phosphorus silicate glass (BPSG), fused silica glass (FSG), phosphorus silicate glass (PSG), boron doped Silicon Glass (BSG), SiOC, SiCH x , and/or other suitable dielectric materials that have a different etch selectivity than ESL 146. In certain embodiments, ILD layer 148 is formed of silicon oxide (SiO x ). The ILD layer 148 can be deposited by a PECVD process or other suitable deposition technique. In some embodiments, the ESL 146 has a sufficient etch selectivity (eg, about 7 times higher to about 10 times higher or more) with respect to the ILD layer 148 in a subsequent via etch process. In other words, in the subsequent via etch process, an etch rate of the ILD layer 148 is about seven to about ten times or more than an etch rate of the ESL 146. That is, the subsequent via etch process etches the ILD layer 148 at more than about 7 times faster Etch rate as he etches the ESL 146. Thus, the ESL 146 can perform the etch process to form the via openings (see the 15A and 15B) slow down or stop, which in turn prevents overetching of the dielectric materials near the source/drain contacts 144.

Bezugnehmend auf 15A wird die ILD-Schicht 148 derart strukturiert, dass sie Durchkontaktierungsöffnungen O1 bildet, welche sich durch die ILD-Schicht 148 erstrecken, indem ein Ätzprozess ET1 verwendet wird (welcher auch als Durchkontaktierungsätzprozess bezeichnet wird). Der Ätzzeitraum des Durchkontaktierungsätzprozesses ET1 wird derart gesteuert, dass er die ILD-Schicht 148 durchbricht. Als ein Ergebnis des Ätzprozesses ET1 werden die Source-/Drain-Kontakte 144 an den Böden der Durchkontaktierungsöffnungen O1 freigelegt.Referring to 15A For example, the ILD layer 148 is patterned to form via openings O1 that extend through the ILD layer 148 using an etch process ET1 (also referred to as a via etch process). The etch period of the via etch process ET1 is controlled to break through the ILD layer 148 . As a result of the etch process ET1, the source/drain contacts 144 are exposed at the bottoms of the via openings O1.

In einigen Ausführungsformen wird vor dem Durchkontaktierungsätzprozess ET1 ein Fotolithografieprozess durchgeführt, um erwartete Strukturen in der Draufsicht der Durchkontaktierungsöffnungen O1 zu definieren. Zum Beispiel kann der Fotolithografieprozess eine Rotationsbeschichtung einer Fotolackschicht über die ILD-Schicht 148 umfassen, wie in 14 dargestellt, gefolgt vom Durchführen eines Nachbelichtungsbackprozesses und dem Entwickeln der Fotolackschicht zum Bilden einer strukturierten Maske mit den Strukturen der Durchkontaktierungsöffnungen O1 in der Draufsicht. In einigen Ausführungsformen kann das Strukturieren des Fotolacks zum Bilden der strukturierten Maske unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Lithografieprozesses (E-Beam-Lithografieprozesses) oder eines Lithografieprozesses mit extremer ultravioletter Strahlung (EUV-Lithografieprozesses) erfolgen.In some embodiments, before the via etch process ET1, a photolithographic process is performed to define expected structures in the top view of the via openings O1. For example, the photolithography process may include spin coating a photoresist layer over the ILD layer 148, as in FIG 14 shown, followed by performing a post-exposure baking process and developing the photoresist layer to form a patterned mask with the structures of the via openings O1 in plan view. In some embodiments, patterning the photoresist to form the patterned mask may be performed using an Electron Beam (E-Beam) lithography process or an Extreme Ultraviolet Radiation (EUV) lithography process.

In einigen Ausführungsformen ist der Durchkontaktierungsätzprozess ET1 ein anisotroper selektiver Ätzprozess, wie zum Beispiel Plasmaätzung. Beim Beispiel einer Plasmaätzung wird das Halbleitersubstrat 12, welches die in 14 dargestellte Struktur aufweist, in ein Plasmawerkzeug geladen und für einen Zeitraum, welcher ausreicht, um durch die ILD-Schicht 148 zu ätzen, einer Plasmaumgebung, welche durch RF- (Radiofrequenz-) oder Mikrowellenenergie in einem gasförmigen Gemisch aus einem fluorhaltigen Gas, wie zum Beispiel C4F8, C5F8, C4F6, CHF3 oder einer ähnlichen Art von Gas, einem Inertgas, wie zum Beispiel Argon oder Helium, einem optionalen schwachen Oxidationsmittel, wie zum Beispiel O2 oder CO oder einer ähnlichen Art von Oxidationsmittel, erzeugt wird, ausgesetzt. Ein Plasmagenerator in einem gasförmigen Gemisch, welches C4F6, CF4, CHF3, O2 und Argon enthält, kann dazu verwendet werden, durch die ILD-Schicht 148 zu ätzen. Die oben beschriebenen Chemikalien ermöglichen das selektive Ätzen der ILD-Schicht 148 mit einer schnelleren Ätzrate als jener, mit welcher die ESL 146 geätzt wird. Im anisotropen selektiven Ätzprozess ET1 beträgt die Ätzrate der ILD-Schicht 148 zum Beispiel ungefähr das Siebenfache bis ungefähr das Zehnfache oder mehr als eine Ätzrate der ESL 146.In some embodiments, the via etch process ET1 is an anisotropic selective etch process, such as a plasma etch. In the example of plasma etching, the semiconductor substrate 12, which has the 14 illustrated structure, loaded into a plasma tool and for a time sufficient to etch through the ILD layer 148, a plasma environment created by RF (radio frequency) or microwave energy in a gaseous mixture of a fluorine-containing gas, such as C 4 F 8 , C 5 F 8 , C 4 F 6 , CHF 3 or a similar type of gas, an inert gas such as argon or helium, an optional weak oxidizer such as O 2 or CO or a similar type of oxidizing agent, is exposed. A plasma generator in a gaseous mixture containing C 4 F 6 , CF 4 , CHF 3 , O 2 and argon can be used to etch through the ILD layer 148 . The chemistries described above allow the ILD layer 148 to be selectively etched at a faster etch rate than that at which the ESL 146 is etched. In the anisotropic selective etch process ET1, the etch rate of the ILD layer 148 is about seven to about ten times or more than an etch rate of the ESL 146, for example.

In einigen Ausführungsformen kann aufgrund von Prozessabweichungen eine bestimmte Fehlausrichtung (oder ein Überlagerungsfehler) zwischen den Durchkontaktierungsöffnungen O1 und den Source-/Drain-Kontakten 144 vorliegen. Oder die Größe (oder Breite) der Durchkontaktierungsöffnungen O1 kann in einigen Ausführungsformen größer sein als die Größe (oder Breite) der Source-/Drain-Kontakte 144. In jedem dieser Fälle können die Durchkontaktierungsöffnungen O1 die ESL 146 freilegen. Aufgrund der Ätzselektivität zwischen der ILD-Schicht 148 und der ESL 146 kann die ESL 146 jedoch den Ätzprozess zum Bilden der Durchkontaktierungsöffnungen O1 verlangsamen oder anhalten, was wiederum ein Überätzen der dielektrischen Materialien (zum Beispiel der Gate-Seitenwandabstandselemente 116 und/oder der dielektrischen Kappen 142) verhindert und ein verringertes Risiko für die Entstehung von Ableitströmen bewirkt.In some embodiments, there may be some misalignment (or overlay error) between via openings O1 and source/drain contacts 144 due to process variations. Or, the size (or width) of via openings O1 may be larger than the size (or width) of source/drain contacts 144 in some embodiments. In either of these cases, via openings O1 may expose ESL 146 . However, due to the etch selectivity between the ILD layer 148 and the ESL 146, the ESL 146 may slow or stop the etch process for forming the via openings O1, which in turn may over-etch the dielectric materials (e.g., the gate sidewall spacers 116 and/or the dielectric caps 142) and reduces the risk of leakage currents.

In einigen Ausführungsformen werden die vorstehenden Ätzmittel und Ätzbedingungen des Durchkontaktierungsätzprozesses ET1 derart gewählt, dass die ESL 146 (zum Beispiel ein metallhaltiges Dielektrikum) eine langsamere Ätzrate aufweist als die ILD-Schicht 148 (zum Beispiel SiOx). Auf diese Weise kann die ESL 146 als ein erfassbarer Ätzendpunkt wirken, was wiederum verhindert, dass die ESL 146 punktiert oder durchbrochen wird und somit ein Überätzen der durch die ESL 146 bedeckten dielektrischen Materialien verhindert. Anders ausgedrückt wird der Durchkontaktierungsätzprozess ET1 darauf abgestimmt, Siliziumoxid mit einer schnelleren Ätzrate zu ätzen, als ein metallhaltiges Dielektrikum oder Siliziumnitrid geätzt wird.In some embodiments, the above etchants and etch conditions of the via etch process ET1 are chosen such that the ESL 146 (e.g., a metal-containing dielectric) has a slower etch rate than the ILD layer 148 (e.g., SiO x ). In this way, the ESL 146 can act as a detectable etch endpoint, which in turn prevents the ESL 146 from being punctured or punctured and thus prevents the dielectric materials covered by the ESL 146 from being over-etched. In other words, the via etch process ET1 is tuned to etch silicon oxide at a faster etch rate than a metal-containing dielectric or silicon nitride is etched.

In einigen Ausführungsformen enthält die ILD-Schicht 148 Siliziumoxid, und die ESL 146 enthält ein metallhaltiges Dielektrikum. Der Durchkontaktierungsätzprozess ET1 kann eine geeignete Nassätzung, Trockenätzung (Plasmaätzung) and/oder andere Prozesse umfassen. Ein Trockenätzprozess kann zum Beispiel chlorhaltige Gase, fluorhaltige Gase, andere Ätzgase oder eine Kombination davon verwenden. Die Nassätzlösungen können NH4OH, HF (Fluorwasserstoffsäure) oder verdünnte HF, entionisiertes Wasser, TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid), andere geeignete Nassätzlösungen oder Kombinationen davon enthalten. Auf diese Weise bleibt die Ätzrate des metallhaltigen Dielektrikums im Durchkontaktierungsätzprozess ET1 niedrig, was es wiederum möglich macht, Siliziumoxid (zum Beispiel das ILD-Material) mit einer schnelleren Ätzrate zu ätzen als jener, mit welcher metallhaltiges Dielektrikum (zum Beispiel die ESL 146) geätzt wird.In some embodiments, ILD layer 148 includes silicon oxide and ESL 146 includes a metal-containing dielectric. The via etch process ET1 may include a suitable wet etch, dry etch (plasma etch), and/or other processes. For example, a dry etch process may use chlorine-containing gases, fluorine-containing gases, other etching gases, or a combination thereof. The wet etch solutions may include NH 4 OH, HF (hydrofluoric acid) or diluted HF, deionized water, TMAH (tetramethylammonium hydroxide), other suitable wet etch solutions, or combinations thereof. In this way, the etch rate of the metal-based dielectric remains low in the via etch process ET1, which in turn makes it possible to etch silicon oxide (e.g., the ILD material) at a faster etch rate than that at which metal-based dielectric (e.g., the ESL 146) etches will.

In einigen Ausführungsformen enthält die ILD-Schicht 148 Siliziumoxid, und die ESL 146 enthält Siliziumnitrid. Man hat beobachtet, dass sich die Ätzrate von Siliziumnitrid erhöht, wenn das Ätzplasma aus einem gasförmigen Gemisch, welches ein Wasserstoffgas (H2-Gas) enthält, erzeugt wird. Folglich wird in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung der Durchkontaktierungsätzprozess ET1 unter Verwendung eines wasserstofffreien gasförmigen Gemischs durchgeführt, um die Ätzrate für Siliziumnitrid zu verringern. Anders ausgedrückt wird das Plasma im Durchkontaktierungsätzprozess ET1 in einem gasförmigen Gemisch ohne Wasserstoffgas (H2-Gas) erzeugt. Auf diese Weise bleibt die Ätzrate für Siliziumnitrid im Durchkontaktierungsätzprozess ET1 niedrig, was es wiederum möglich macht, Siliziumoxid (zum Beispiel das ILD-Material) mit einer schnelleren Ätzrate zu ätzen als jener, mit welcher Siliziumnitrid (zum Beispiel die ESL 146) geätzt wird.In some embodiments, ILD layer 148 includes silicon oxide and ESL 146 includes silicon nitride. It has been observed that the etch rate of silicon nitride increases when the etch plasma is generated from a gaseous mixture containing a hydrogen (H 2 ) gas. Thus, in accordance with some embodiments of the present disclosure, the via etch process ET1 is performed using a hydrogen-free gaseous mixture to reduce the silicon nitride etch rate. In other words, in the via etching process ET1, the plasma is generated in a gaseous mixture without hydrogen gas (H2 gas). In this way, the etch rate for silicon nitride in the via etch process ET1 remains low, which in turn makes it possible to etch silicon oxide (e.g. the ILD material) at a faster etch rate than that at which silicon nitride (e.g. the ESL 146) is etched.

In einigen Ausführungsformen, wie zum Beispiel in 15A abgebildet, weisen die Durchkontaktierungsöffnungen O2 aufgrund der Charakteristik der anisotropen Ätzung des Ätzprozesses ET1 verjüngte Seitenwandprofile auf. In einigen anderen Ausführungsformen können die Ätzbedingungen des Ätzprozesses ET1 jedoch derart feinabgestimmt werden, dass es möglich ist, Durchkontaktierungsöffnungen O1 mit vertikalen Seitenwandprofilen zu bilden, wie in 15B dargestellt.In some embodiments, such as in 15A shown, the via openings O2 have tapered sidewall profiles due to the anisotropic etch characteristic of the etch process ET1. In some other embodiments, however, the etching conditions of the etching process ET1 can be fine-tuned such that it is possible to form via openings O1 with vertical sidewall profiles, as in FIG 15B shown.

Bezugnehmend auf 16A werden dann Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 in den Durchkontaktierungsöffnungen O1 gebildet, um eine physische und elektrische Verbindung zu den Source-/Drain-Kontakten 144 herzustellen. Die Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 werden als Beispiel, jedoch nicht als Einschränkung, gebildet, indem eine Abscheidung eines oder mehrerer metallischer Werkstoffe verwendet wird, welche die Durchkontaktierungsöffnungen O1 überfüllt, gefolgt von einem CMP-Prozess, um überschüssige metallische Werkstoffe außerhalb der Durchkontaktierungsöffnungen O1 zu entfernen. Als ein Ergebnis des CMP-Prozesses weisen die Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 obere Flächen auf, welche im Wesentlichen komplanar mit der ILD-Schicht 148 sind. Die Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 können metallische Werkstoffe, wie zum Beispiel Kupfer, Aluminium, Wolfram, Kombinationen davon oder dergleichen, enthalten, und können unter Verwendung von PVD, CVD, ALD oder dergleichen gebildet werden. In einigen Ausführungsformen können die Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 ferner eine oder mehrere Barriere-/Haftschichten (nicht gezeigt) aufweisen, um die ILD-Schicht 148 und/oder die ESL 146 vor einer Metalldiffusion (zum Beispiel Kupferdiffusion) zu schützen. Die eine oder die mehreren Barriere-/Haftschichten können Titan, Titannitrid, Tantal, Tantalnitrid oder dergleichen enthalten, und können unter Verwendung von PVD, CVD, ALD oder dergleichen gebildet werden.Referring to 16A Source/drain vias 150 are then formed in via openings O1 to make physical and electrical connection to source/drain contacts 144 . By way of example but not limitation, the source/drain vias 150 are formed by depositing one or more metal ical materials is used, which overfills the via openings O1, followed by a CMP process to remove excess metallic materials outside the via openings O1. As a result of the CMP process, source/drain vias 150 have top surfaces that are substantially coplanar with ILD layer 148 . The source/drain vias 150 may include metallic materials such as copper, aluminum, tungsten, combinations thereof, or the like, and may be formed using PVD, CVD, ALD, or the like. In some embodiments, the source/drain vias 150 may further include one or more barrier/adhesion layers (not shown) to protect the ILD layer 148 and/or the ESL 146 from metal (e.g., copper) diffusion. The one or more barrier/adhesion layers may include titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, or the like, and may be formed using PVD, CVD, ALD, or the like.

Wie in den 16A und 16B gezeigt, können die Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 auf die Source-/Drain-Kontakte 144 ausgerichtet sein oder aufgrund von Lithografieüberlagerungsfehlern eine Fehlausrichtung zu diesen aufweisen. Die Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 übernehmen die Geometrie der Durchkontaktierungsöffnungen O1. Anders ausgedrückt erstrecken sich die Seitenwände der Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 linear durch die ILD-Schicht 148 und weisen an der Grenzfläche zwischen der ILD 148 und der ESL 146 gebildete Stufen (oder eingekerbte Ecken) auf. Zum Beispiel weist die ILD-Schicht 148 eine gestufte untere Fläche mit einer oberen Stufe, welche die Ätzstoppschicht 146 kontaktiert, und einer unteren Stufe, welche den Source-/Drain-Kontakt 144 kontaktiert, auf. Genauer gesagt bildet eine Source-/Drain-Durchkontaktierung 150 eine erste lineare Grenzfläche 1501 zur ILD-Schicht 148 und eine zweite lineare Grenzfläche 1502 zur ESL 146. Die erste lineare Grenzfläche 1501 und die zweite lineare Grenzfläche 1502 sind nicht deckungsgleich, und die erste lineare Grenzfläche 1501 und die zweite lineare Grenzfläche 1502 weisen eine Fehlausrichtung zueinander auf. In einigen Ausführungsformen ist die erste lineare Grenzfläche 1501 stärker geneigt als die zweite lineare Grenzfläche 1502. Ferner ist die zweite lineare Grenzfläche 1502 im Wesentlichen auf eine Seitenwand 1441 des Source-/Drain-Kontakts 144 ausgerichtet. Das bedeutet, die Ätzstoppschicht 146 ist im Abstand von einer Stufe über dem Source-/Drain-Kontakt 144 angeordnet.As in the 16A and 16B As shown, source/drain vias 150 may be aligned with or misaligned with source/drain contacts 144 due to lithography overlay errors. Source/drain vias 150 adopt the geometry of via openings O1. In other words, the sidewalls of the source/drain vias 150 extend linearly through the ILD layer 148 and have steps (or notched corners) formed at the interface between the ILD 148 and the ESL 146 . For example, ILD layer 148 has a stepped bottom surface with a top step contacting etch stop layer 146 and a bottom step contacting source/drain contact 144 . More specifically, a source/drain via 150 forms a first linear interface 1501 to the ILD layer 148 and a second linear interface 1502 to the ESL 146. The first linear interface 1501 and the second linear interface 1502 are non-coincident, and the first linear Interface 1501 and the second linear interface 1502 are misaligned with each other. In some embodiments, the first linear interface 1501 is more inclined than the second linear interface 1502 . That is, the etch stop layer 146 is spaced one step above the source/drain contact 144 .

In einigen Ausführungsformen, wie in 16A abgebildet, weisen die Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 aufgrund der Charakteristik der anisotropen Ätzung des Ätzprozesses ET1 ein verjüngtes Seitenwandprofil auf. In einigen anderen Ausführungsformen können die Ätzbedingungen des Ätzprozesses ET1 jedoch derart feinabgestimmt werden, dass sie es den Durchkontaktierungsöffnungen O1, und somit den Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 ermöglichen, ein vertikales Seitenwandprofil aufzuweisen, wie in 16B dargestellt.In some embodiments, as in 16A As shown, source/drain vias 150 have a tapered sidewall profile due to the anisotropic etch characteristic of etch process ET1. However, in some other embodiments, the etch conditions of the etch process ET1 can be fine-tuned to allow the via openings O1, and thus the source/drain vias 150, to have a vertical sidewall profile, as in FIG 16B shown.

Die 17 - 18B stellen beispielhafte Querschnittsansichten verschiedener Stadien zur Herstellung einer integrierten Schaltungsstruktur 100 im Einklang mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Es versteht sich, dass zusätzliche Vorgänge vor den, während der und nach den in den 17 - 18B gezeigten Prozesse/n bereitgestellt werden können, und dass manche der unten beschriebenen Vorgänge für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens ersetzt oder weggelassen werden können. Die Reihenfolge der Vorgänge/Prozesse kann austauschbar sein. Dieselben oder ähnliche Anordnungen, Materialien, Prozesse und/oder Vorgänge, welche in den 1 - 18B beschrieben sind, können in den folgenden Ausführungsformen verwendet und deren neuerliche ausführliche Erläuterung somit weggelassen werden.the 17 - 18B 12 illustrate exemplary cross-sectional views of various stages of fabricating an integrated circuit structure 100 consistent with some other embodiments of the present disclosure. It should be understood that additional operations before, during, and after the processes illustrated in FIGS 17 - 18B process(es) shown may be provided and that some of the operations described below may be substituted or omitted for additional embodiments of the method. The order of operations/processes may be interchangeable. The same or similar assemblies, materials, processes and/or operations as set forth in 1 - 18B may be used in the following embodiments, and the detailed explanation thereof again may be omitted.

Nachdem die Struktur wie in 8 gezeigt gebildet worden ist, wird ein Rückätzprozess durchgeführt, um die Ersatz-Gate-Strukturen 130 und die Gate-Abstandselemente 116 rückzuätzen, wodurch Vertiefungen R1' über den rückgeätzten Gate-Strukturen 130 und den rückgeätzten Gate-Abstandselementen 116 entstehen. Da die Materialien der Ersatz-Gate-Strukturen 130 eine andere Ätzselektivität aufweisen als die Gate-Abstandselemente 116, kann in einigen Ausführungsformen ein erster selektiver Ätzprozess durchgeführt werden, um die Ersatz-Gate-Strukturen 130 derart rückzuätzen, dass die Ersatz-Gate-Strukturen 130 niedriger gestaltet werden. Dann wird ein zweiter selektiver Ätzprozess durchgeführt, um die Gate-Abstandselemente 116 niedriger zu gestalten. Folglich können die oberen Flächen der Ersatz-Gate-Strukturen 130 auf einer tieferen Ebene angeordnet sein als die oberen Flächen der Gate-Abstandselemente 116. Zum Beispiel weisen in den abgebildeten Ausführungsformen, wie in 17 dargestellt, die Ersatz-Gate-Strukturen 130 obere Flächen auf, welche tiefer angeordnet sind als die oberen Flächen der Gate-Abstandselemente 116. In einigen anderen Ausführungsformen können die oberen Flächen der Ersatz-Gate-Strukturen 130 jedoch auf einer Ebene mit oder sogar höher als die oberen Flächen der Gate-Abstandselemente 116 angeordnet sein.After the structure as in 8th 1, an etch back process is performed to etch back the replacement gate structures 130 and the gate spacers 116, thereby forming recesses R1' over the etched back gate structures 130 and the etched back gate spacers 116. FIG. Since the materials of the replacement gate structures 130 have a different etch selectivity than the gate spacers 116, in some embodiments a first selective etch process may be performed to etch back the replacement gate structures 130 such that the replacement gate structures 130 can be made lower. A second selective etch process is then performed to make the gate spacers 116 lower. Consequently, the top surfaces of the replacement gate structures 130 may be located at a lower level than the top surfaces of the gate spacers 116. For example, in the illustrated embodiments, such as FIG 17 As shown, the replacement gate structures 130 have top surfaces that are lower than the top surfaces of the gate spacers 116. However, in some other embodiments, the top surfaces of the replacement gate structures 130 may be level with or even higher as the top surfaces of gate spacers 116 .

In einigen Ausführungsformen werden Metallkappen 138 durch einen geeigneten Prozess, wie zum Beispiel CVD oder ALD, jeweils oben auf den Ersatz-Gate-Strukturen 130 gebildet. In einigen Ausführungsformen werden die Metallkappen 138 an den Ersatz-Gate-Strukturen 130 unter Verwendung einer Herangehensweise von unten nach oben gebildet. Zum Beispiel werden die Metallkappen 138 selektiv an der Metallfläche, wie zum Beispiel der Austrittsarbeitsmetallschicht 134 und dem Füllmetall 136, aufgewachsen, wodurch die Seitenwände der Gate-Abstandselemente 116 im Wesentlichen frei von den aufgewachsenen Metallkappen 138 sind. Die Metallkappen 138 können als Beispiel, jedoch nicht als Einschränkung, im Wesentlichen fluorfreie Wolframfilme (FFW-Filme) sein, welche einen Gehalt an Fluorverunreinigungen von weniger als 5 Atomprozent und einen Gehalt von Chlorverunreinigungen von mehr als 3 Atomprozent aufweisen. Die FFW-Filme oder die FFWenthaltenden Filme können durch ALD oder CVD unter Verwendung eines oder mehrerer nicht auf Fluor basierender Wolframvorläufer, wie zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf, Wolframpentachlorid (WCl5) oder Wolframhexachlorid (WCl6), gebildet werden. In einigen Ausführungsformen können Abschnitte der Metallkappen 138 über die dielektrische Gate-Schicht 132 hinweg fließen, sodass die Metallkappen 138 auch die freiliegende Fläche der dielektrischen Gate-Schichten 132 bedecken können. Da die Metallkappen 138 von unten nach oben gebildet werden, kann deren Bildung vereinfacht werden, zum Beispiel indem wiederholte Rückätzprozesse, welche dazu verwendet werden, unerwünschte metallische Werkstoffe, welche sich aus konformem Aufwachsen ergeben, zu entfernen, verringert werden.In some embodiments, metal caps 138 are each atop by a suitable process such as CVD or ALD the replacement gate structures 130 are formed. In some embodiments, the metal caps 138 on the replacement gate structures 130 are formed using a bottom-up approach. For example, the metal caps 138 are selectively grown on the metal surface, such as the work function metal layer 134 and the fill metal 136, leaving the sidewalls of the gate spacers 116 substantially free of the grown metal caps 138. FIG. By way of example but not limitation, the metal caps 138 may be substantially fluorine-free tungsten (FFW) films, having a fluorine impurity content of less than 5 atomic percent and a chlorine impurity content of greater than 3 atomic percent. The FFW films or the FFW-containing films can be formed by ALD or CVD using one or more non-fluorine based tungsten precursors such as, but not limited to, tungsten pentachloride (WCl 5 ) or tungsten hexachloride (WCl 6 ). In some embodiments, portions of the metal caps 138 may flow over the gate dielectric layer 132 such that the metal caps 138 may also cover the exposed surface of the gate dielectric layers 132 . Since the metal caps 138 are formed from the bottom up, their formation can be simplified, for example by reducing repeated etch back processes used to remove unwanted metallic material resulting from conformal growth.

Die Struktur von 17 wird dann den in den 10 - 16A gezeigten Prozessen unterzogen, um die Bildung der Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 abzuschließen, wie in 18A gezeigt. In einigen Ausführungsformen, wie in 18A abgebildet, weisen die Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 aufgrund der Charakteristik der anisotropen Ätzung des Ätzprozesses ET1 ein verjüngtes Seitenwandprofil auf. In einigen anderen Ausführungsformen können die Ätzbedingungen des Ätzprozesses ET1 jedoch derart feinabgestimmt werden, dass sie es den Durchkontaktierungsöffnungen O1, und somit den Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150, ermöglichen, ein vertikales Seitenwandprofil aufzuweisen, wie in 18B dargestellt.The structure of 17 then becomes the in the 10 - 16A subjected to the processes shown to complete the formation of the source/drain vias 150 as shown in FIG 18A shown. In some embodiments, as in 18A As shown, source/drain vias 150 have a tapered sidewall profile due to the anisotropic etch characteristic of etch process ET1. However, in some other embodiments, the etch conditions of the etch process ET1 can be fine-tuned to allow the via openings O1, and thus the source/drain vias 150, to have a vertical sidewall profile, as in FIG 18B shown.

Die Bildung der ESL 146 ist nicht auf die in 13 gezeigten Prozesse beschränkt. In einigen anderen Ausführungsformen wird die ESL 146 mit der Unterstützung einer Sperrschicht gebildet. Die 19 - 21 stellen beispielhafte Querschnittsansichten verschiedener Stadien zur Herstellung einer integrierten Schaltungsstruktur 100 im Einklang mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Nachdem die in 12 gezeigte Struktur gebildet worden ist, werden Sperrschichten 152 jeweils über Metallen (in diesem Fall zum Beispiel den Source-/Drain-Kontakten 144) gebildet. In einigen Ausführungsformen sind die Sperrschichten 152 Polymer, Benzotriazol (BTA) oder eine sich selbst anordnende Monoschicht (SAM).The formation of the ESL 146 is not limited to the in 13 shown processes limited. In some other embodiments, the ESL 146 is formed with the support of a barrier layer. the 19 - 21 12 illustrate exemplary cross-sectional views of various stages in fabricating an integrated circuit structure 100 consistent with some other embodiments of the present disclosure 12 Once the structure shown has been formed, barrier layers 152 are formed over metals (in this case, for example, the source/drain contacts 144), respectively. In some embodiments, the barrier layers 152 are polymer, benzotriazole (BTA), or a self-assembled monolayer (SAM).

In einigen Ausführungsformen sind die Sperrschichten 152 aus BTA hergestellt. Die Struktur von 12 kann in einer Abscheidungskammer angeordnet werden, und (verdampftes oder flüssiges) BTA sowie Reaktionsgase werden in die Abscheidungskammer eingeleitet. Aufgrund der Materialeigenschaften weisen BTA-Moleküle eine Tendenz dazu auf, nicht an der Oberfläche dielektrischer Materialien (zum Beispiel den SAC-Kappen und den Gate-Abstandselementen 116) zu haften, und weisen eine Tendenz dazu auf, an den Oberflächen von Metallen (in diesem Fall zum Beispiel den Source-/Drain-Kontakten 144) zu haften. Somit bilden sich die Sperrschichten 152 jeweils über den Source-/Drain-Kontakten 144.In some embodiments, the barrier layers 152 are made of BTA. The structure of 12 may be placed in a deposition chamber, and BTA (vaporized or liquid) and reactant gases are introduced into the deposition chamber. Due to material properties, BTA molecules have a tendency not to adhere to the surface of dielectric materials (e.g., the SAC caps and gate spacers 116) and have a tendency to stick to the surfaces of metals (in this case, for example, the source/drain contacts 144). Thus, the barrier layers 152 form over the source/drain contacts 144, respectively.

In einigen anderen Ausführungsformen sind die Sperrschichten 152 aus SAM hergestellt. Die SAM enthält silanartigen oder thiolartigen Hemmstoff. In einigen Ausführungsformen kann der silanartige Hemmstoff Octadecyltrichlorsilan (CH3(CH2)17SiCl3), Trichlor(iH, 1H, 2H, 2H- perfluoroctyl)silan (CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3), Dimethyldichlorsilan ((CH3)2SiCl2)/ (Dimethylamino)trimethylsilan ((CH3)2NSi(CH3)3), 1-(Trimethylsilyl)pyrrolidin ((CH3)3Si-NC4H8), Hexamethyldisilazan ([(CH3)3Si]2NH) oder Bis(dimethylamino)dimethylsilan ([(CH3)2N]2Si(CH3)2) sein. In einigen anderen Ausführungsformen ist der thiolartige Hemmstoff Alkanthiol, Propanthiol, Butanthiol, Hexanthiol, Heptanthiol, Octadecanthiol, Nonanthiol oder Dodecanthiol. In einigen Ausführungsformen bildet sich der thiolartige Hemmstoff selektiv an einer Metallschicht, jedoch nicht an einer dielektrischen Schicht.In some other embodiments, the barrier layers 152 are made of SAM. The SAM contains silane type or thiol type inhibitor. In some embodiments, the silane-type inhibitor can be octadecyltrichlorosilane (CH 3 (CH 2 ) 17 SiCl 3 ), trichloro(iH,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane (CF 3 (CF 2 ) 5 (CH 2 ) 2 SiCl 3 ), dimethyldichlorosilane ((CH 3 ) 2 SiCl 2 )/ (dimethylamino)trimethylsilane ((CH 3 ) 2 NSi(CH 3 ) 3 ), 1-(trimethylsilyl)pyrrolidine ((CH 3 ) 3 Si-NC 4 H 8 ), hexamethyldisilazane ([(CH 3 ) 3 Si] 2 NH) or bis(dimethylamino)dimethylsilane ([(CH 3 ) 2 N] 2 Si(CH 3 ) 2 ). In some other embodiments, the thiol-type inhibitor is alkanethiol, propanethiol, butanethiol, hexanethiol, heptanethiol, octadecanethiol, nonanethiol, or dodecanethiol. In some embodiments, the thiol-type inhibitor forms selectively on a metal layer but not on a dielectric layer.

In einigen Ausführungsformen, in welchen die Sperrschichten 152 sich selbst anordnende Monoschichten (SAM) sind, weisen die Moleküle der Sperrschichten 152 jeweils einen ersten vorspringenden Endabschnitt (zum Beispiel eine Kopfgruppe) und einen zweiten vorspringenden Endabschnitt (zum Beispiel eine Endgruppe) auf, welche an gegenüberliegenden Seiten eines optionalen mittleren Abschnitts (Molekülkette) angeordnet sind. Der erste vorspringende Endabschnitt weist eine Gruppe auf, welche selektiv an hydroxylgruppenterminierten Flächen (das heißt -OH-terminierten Flächen, wie zum Beispiel Siliziumoxidflächen) angelagert ist, während sie sich nach der Entfernung von nativem Oxid durch NH4F nicht an wasserstoffterminierten Flächen (wie zum Beispiel Siliziumnitridflächen, welche eine H-Termination aufweisen) anlagert. Der zweite vorspringende Endabschnitt enthält eine Metalloxidabscheidungs-Hemmstoffgruppe. Der optionale mittlere Abschnitt kann eine Alkylkette enthalten. Die Van-der-Waals-Wechselwirkungen zwischen diesen Ketten bewirken, dass sich die selbst angeordneten Monoschichten ordnen. In einigen Ausführungsformen, in welchen die Sperrschichten 152 Alkanthiole (X-(CH2)n-SH) enthalten, kann die Kopfgruppe an eine Fläche eines metallischen Werkstoffs gebunden sein. Somit können sich die Sperrschichten 152 selektiv an einer Metallschicht bilden (aufgewachsen werden), jedoch nicht an einer dielektrischen Schicht.In some embodiments in which the barrier layers 152 are self-assembling monolayers (SAM), the molecules of the barrier layers 152 each have a first protruding end portion (e.g., a head group) and a second protruding end portion (e.g., an end group) which are attached to opposite sides of an optional middle section (molecular chain). The first protruding end portion has a group that selectively attaches to hydroxyl-terminated faces (ie, -OH-terminated faces, such as silica faces) while not attaching to hydrogen-terminated faces (such as for example silicon nitride surfaces which have an H-termination). The second projecting end portion includes a metal oxide deposition inhibitor group. The optional middle section can contain an alkyl chain. The van der Waals interactions between these chains cause the self-assembled monolayers to self-assemble. In some embodiments where the barrier layers 152 contain alkanethiols (X-(CH 2 ) n -SH), the head group may be bonded to a surface of a metallic material. Thus, the barrier layers 152 can selectively form (grow) on a metal layer but not on a dielectric layer.

Bezugnehmend auf 20 wird ein Abscheidungsprozess (zum Beispiel ein ALD-Prozess) benützt, um die ESL 146 über den dielektrischen Materialien (zum Beispiel den SAC-Kappen 142 und den Gate-Abstandselementen 116) zu bilden. Aufgrund der Materialeigenschaften weisen Vorläufer des ALD-Prozesses eine Tendenz dazu auf, nicht an der Fläche der Sperrschichten 152 zu haften. Somit bilden sich während des ALD-Prozesses die ESL 146 über den SAC-Kappen 142 und den Gate-Abstandselementen 116, während sie die oberen Flächen der Sperrschichten 152 unbedeckt belassen.Referring to 20 For example, a deposition process (e.g., an ALD process) is used to form the ESL 146 over the dielectric materials (e.g., the SAC caps 142 and the gate spacers 116). Due to the material properties, precursors to the ALD process have a tendency not to adhere to the surface of the barrier layers 152 . Thus, during the ALD process, the ESLs 146 form over the SAC caps 142 and the gate spacers 116 while leaving the top surfaces of the barrier layers 152 uncovered.

In der Folge wird Bezug genommen auf 21. Die Sperrschichten 152 (bezugnehmend auf 20) werden entfernt, um die oberen Flächen der Source-/Drain-Kontakte 144 freizulegen. In einigen Ausführungsformen, in welchen die Sperrschichten 152 durch Backen entfernt werden, kann die Backtemperatur in einem Bereich von ungefähr 1 °C bis ungefähr 60 °C liegen, um die C-H-Bindung der Sperrschichten 152 zu zerlegen. Dann kann der zerlegte Abschnitt der Sperrschichten 152 mit verdünnter Säurelösung, wie zum Beispiel H3PO4, HCl oder anderen geeigneten Lösungen, weggewaschen werden. In einigen anderen Ausführungsformen, in welchen die Sperrschichten 152 durch Ätzung entfernt werden, können die Ätzmittel CF3, C4F6, CHF3, CH2F2, CH3F, NF3 oder andere geeignete Substanzen enthalten. Die Struktur von 21 wird dann den in den 14 - 16A (oder 14 - 15B und 16B) gezeigten Prozessen unterzogen, um die Bildung der Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150 abzuschließen.In the following reference is made to 21 . The barrier layers 152 (refer to Fig 20 ) are removed to expose the top surfaces of the source/drain contacts 144. FIG. In some embodiments where the barrier layers 152 are removed by baking, the baking temperature may range from about 1°C to about 60°C to break the CH bonding of the barrier layers 152 . Then, the disassembled portion of the barrier layers 152 can be washed away with a dilute acidic solution, such as H 3 PO 4 , HCl, or other suitable solutions. In some other embodiments in which the barrier layers 152 are removed by etching, the etchants may include CF 3 , C 4 F 6 , CHF 3 , CH 2 F 2 , CH 3 F, NF 3 , or other suitable substances. The structure of 21 then becomes the in the 14 - 16A (or FIGS. 14-15B and 16B) to complete the formation of the source/drain vias 150. FIG.

Die 22 - 25 stellen beispielhafte Querschnittsansichten verschiedener Stadien zur Herstellung einer integrierten Schaltungsstruktur 100a im Einklang mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Es versteht sich, dass zusätzliche Vorgänge vor den, während der und nach den in den 22 - 25 gezeigten Prozesse/n bereitgestellt werden können, und dass manche der unten beschriebenen Vorgänge für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens ersetzt oder weggelassen werden können. Die Reihenfolge der Vorgänge/Prozesse kann austauschbar sein. Dieselben oder ähnliche Anordnungen, Materialien, Prozesse und/oder Vorgänge, welche in den 1 - 16B beschrieben sind, können in den folgenden Ausführungsformen verwendet und deren neuerliche ausführliche Erläuterung weggelassen werden.the 22 - 25 12 illustrate exemplary cross-sectional views of various stages of fabricating an integrated circuit structure 100a consistent with some other embodiments of the present disclosure. It should be understood that additional operations before, during, and after the processes illustrated in FIGS 22 - 25 process(es) shown may be provided and that some of the operations described below may be substituted or omitted for additional embodiments of the method. The order of operations/processes may be interchangeable. The same or similar assemblies, materials, processes and/or operations as set forth in 1 - 16B may be used in the following embodiments, and detailed explanation thereof again may be omitted.

Nachdem die in 14 gezeigte Struktur gebildet worden ist, wird die ILD-Schicht 148 strukturiert, um Gate-Kontaktöffnungen O2zu bilden, welche sich durch die ILD-Schicht 148, die ESL 146 und die dielektrische Kappe 142 bis zu den Ersatz-Gate-Strukturen 130 erstrecken. Die entstehende Struktur ist in 22 dargestellt. Die ILD-Schicht 148 kann durch Verwendung geeigneter Fotolithografie- und Ätztechniken strukturiert werden.After the in 14 Once the structure shown has been formed, the ILD layer 148 is patterned to form gate contact openings O2 which extend through the ILD layer 148, the ESL 146 and the dielectric cap 142 to the replacement gate structures 130. FIG. The resulting structure is in 22 shown. The ILD layer 148 can be patterned using appropriate photolithography and etching techniques.

Als nächstes wird, wie in 23 dargestellt, eine strukturierte Maskenschicht M4 über dem Substrat 12 gebildet, um die Gate-Kontaktöffnungen O2 zu füllen. Die strukturierte Maskenschicht M4 weist eine Öffnung O3 vertikal über einem Source-/Drain-Kontakt 144 auf. In einigen Ausführungsformen kann die strukturierte Maskenschicht M4 eine durch einen geeigneten Fotolithografieprozess gebildete Fotolackmaske sein. Zum Beispiel kann der Fotolithografieprozess eine Rotationsbeschichtung einer Fotolackschicht über der in 22 dargestellten Struktur umfassen, gefolgt vom Durchführen eines Nachbelichtungsbackprozesses und dem Entwickeln der Fotolackschicht zum Bilden der strukturierten Maskenschicht M4. In einigen Ausführungsformen kann das Strukturieren des Fotolacks zum Bilden des strukturierten Maskenelements unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Lithografieprozesses (E-Beam-Lithografieprozesses) oder eines Lithografieprozesses mit extremer ultravioletter Strahlung (EUV-Lithografieprozesses) erfolgen.Next, as in 23 As shown, a patterned mask layer M4 is formed over the substrate 12 to fill the gate contact openings O2. The patterned mask layer M4 has an opening O3 vertically above a source/drain contact 144. FIG. In some embodiments, the patterned mask layer M4 may be a photoresist mask formed by a suitable photolithographic process. For example, the photolithography process can spin-coat a photoresist layer over the in 22 structure shown, followed by performing a post exposure bake process and developing the photoresist layer to form the patterned mask layer M4. In some embodiments, patterning the photoresist to form the patterned mask feature may be performed using an Electron Beam (E-Beam) lithography process or an Extreme Ultraviolet Radiation (EUV) lithography process.

Bezugnehmend auf 24 mit der strukturierten Maskenschicht M4 an ihrem Platz wird ein Durchkontaktierungsätzprozess ET2 ausgeführt, um eine Durchkontaktierungsöffnung O4 zu bilden, welche sich durch die ILD-Schicht 148 erstreckt. Die Ätzdauer des Durchkontaktierungsätzprozesses ET2 wird derart gesteuert, dass die ILD-Schicht 148 durchbrochen wird. Als ein Ergebnis des Ätzprozesses ET2 werden die Source-/Drain-Kontakte 144 an den Böden der Durchkontaktierungsöffnungen O4 freigelegt. Einzelheiten hinsichtlich des Durchkontaktierungsätzprozesses ET2 wurden zuvor in Bezug auf den Durchkontaktierungsätzprozess ET1 erörtert, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt.Referring to 24 With the patterned mask layer M4 in place, a via etch process ET2 is performed to form a via opening O4 extending through the ILD layer 148 . The etch duration of the via etch process ET2 is controlled such that the ILD layer 148 is broken down. As a result of the etch process ET2, the source/drain contacts 144 are exposed at the bottoms of the via openings O4. Details regarding the via etch process ET2 were previously discussed in relation to the via etch process ET1, and thus will not be repeated here for the sake of brevity.

Bezugnehmend auf 25 wird die strukturierte Maskenschicht M4 (bezugnehmend auf 24) durch Veraschung und/oder Nassabziehen aus den Gate-Kontaktöffnungen O2 entfernt, bevor ein Stoßkontakt (oder eine Stoßdurchkontaktierung) 154 gebildet wird, um die Durchkontaktierungsöffnung O4 und die Gate-Kontaktöffnung O2 zu füllen, und ein Gate-Kontakt 156 gebildet wird, um eine weitere Gate-Kontaktöffnung O2 zu füllen. Die entstehende Struktur ist in 25 dargestellt. Einzelheiten hinsichtlich Materialien und Fertigungsprozesse in Bezug auf den Stoßkontakt 154 und den Gate-Kontakt 156 sind ähnlich jenen in Bezug auf die Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt.Referring to 25 the patterned mask layer M4 (refer to Fig 24 ) removed by ashing and/or wet stripping from the gate contact openings O2 before a butt contact (or butt via) 154 is formed to fill via opening O4 and gate contact opening O2, and a gate contact 156 is formed to fill another gate contact opening O2. The resulting structure is in 25 shown. Details regarding materials and manufacturing processes relating to butt contact 154 and gate contact 156 are similar to those relating to source/drain vias 150, and thus will not be repeated here for the sake of brevity.

In 25 weist die ILD-Schicht 148 eine untere Fläche 1481 auf, welche tiefer angeordnet ist als eine obere Fläche 1461 der ESL 146. Ferner ist auch die obere Fläche 1461 der ESL 146 höher angeordnet als eine obere Fläche des Source-/Drain-Kontakts 144. Die ILD-Schicht 148 ist ferner in Kontakt mit Seitenwänden 1462 der ESL 146 angeordnet. Ferner ist die ILD-Schicht 148 auch in Kontakt mit einigen der Source-/Drain-Kontakte 144 angeordnet.In 25 the ILD layer 148 has a bottom surface 1481 which is arranged lower than a top surface 1461 of the ESL 146. Furthermore, the top surface 1461 of the ESL 146 is also arranged higher than a top surface of the source/drain contact 144. The ILD layer 148 is also placed in contact with sidewalls 1462 of the ESL 146 . Furthermore, the ILD layer 148 is also placed in contact with some of the source/drain contacts 144 .

Der Stoßkontakt 154 übernimmt die Geometrie der Durchkontaktierungsöffnungen O2 und O4. Anders ausgedrückt erstrecken sich Seitenwände des Stoßkontakts linear durch die ILD-Schicht 148 und weisen an der Grenzfläche zwischen der ILD-Schicht 148 und der ESL 146 gebildete Stufen (oder eingekerbte Ecken) auf. Zum Beispiel weist die ILD-Schicht 148 eine gestufte untere Fläche mit einer oberen Stufe, welche die obere Fläche 1461 der Ätzstoppschicht 146 kontaktiert, und einer unteren Stufe, welche eine obere Fläche (das heißt, die Fläche 1481) des Source-/Drain-Kontakts 144 kontaktiert, auf. Genauer gesagt bildet der Stoßkontakt 154 eine erste lineare Grenzfläche 1541 zur ILD-Schicht 148 und eine zweite lineare Grenzfläche 1542 zur ESL 146. Die erste lineare Grenzfläche 1541 und die zweite lineare Grenzfläche 1542 sind nicht deckungsgleich, und die erste lineare Grenzfläche 1541 und die zweite lineare Grenzfläche 1542 weisen eine Fehlausrichtung zueinander auf. In einigen Ausführungsformen ist die erste lineare Grenzfläche 1541 stärker geneigt als die zweite lineare Grenzfläche 1542. Ferner ist die zweite lineare Grenzfläche 1542 im Wesentlichen auf eine Seitenwand 1441 des Source-/Drain-Kontakts 144, welche mit dem Stoßkontakt 154 verbunden ist, ausgerichtet. Ferner weist der Stoßkontakt 154 eine größere Dicke über der Gate-Struktur 130 als über dem Source-/Drain-Kontakt 144 auf.Bump contact 154 adopts the geometry of via openings O2 and O4. In other words, sidewalls of the butt contact extend linearly through the ILD layer 148 and have steps (or notched corners) formed at the interface between the ILD layer 148 and the ESL 146 . For example, ILD layer 148 has a stepped bottom surface with a top step contacting top surface 1461 of etch stop layer 146 and a bottom step contacting a top surface (ie, surface 1481) of the source/drain Contacts 144 contacted, on. More specifically, butt contact 154 forms a first linear interface 1541 to ILD layer 148 and a second linear interface 1542 to ESL 146. First linear interface 1541 and second linear interface 1542 are not coincident, and first linear interface 1541 and second linear interface 1542 are misaligned with each other. In some embodiments, the first linear interface 1541 is more inclined than the second linear interface 1542. Furthermore, the second linear interface 1542 is substantially aligned with a sidewall 1441 of the source/drain contact 144, which is connected to the butt contact 154. Furthermore, butt contact 154 has a greater thickness over gate structure 130 than over source/drain contact 144 .

Die 26 - 43B stellen perspektivische Ansichten und Querschnittsansichten von Zwischenstadien der Bildung einer integrierten Schaltungsstruktur 200 im Einklang mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Im Einklang mit einigen beispielhaften Ausführungsformen können die gebildeten Transistoren einen p-Transistor (wie zum Beispiel einen p-GAA-FET) und einen n-Transistor (wie zum Beispiel einen n-FAA-FET) aufweisen. In den verschiedenen Ansichten und veranschaulichenden Ausführungsformen werden ähnliche Bezugsziffern zur Kennzeichnung ähnlicher Elemente verwendet. Es versteht sich, dass zusätzliche Vorgänge vor den, während der und nach den in den 26 - 43B gezeigten Prozesse/n bereitgestellt werden können, und dass manche der unten beschriebenen Vorgänge für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens ersetzt oder eliminiert werden können. Die Reihenfolge der Vorgänge/Prozesse kann austauschbar sein.the 26 - 43B 10 illustrate perspective and cross-sectional views of intermediate stages in the formation of an integrated circuit structure 200, consistent with some embodiments of the present disclosure n-type transistor (such as an n-FAA FET). Similar reference numbers are used to identify similar elements throughout the various views and illustrative embodiments. It is understood that additional operations before, during and after the in the 26 - 43B process(es) shown may be provided, and that some of the operations described below may be substituted or eliminated for additional embodiments of the method. The order of operations/processes may be interchangeable.

Die 26, 27, 28, 29A, 30A, 31A und 32A sind perspektivische Ansichten einiger Ausführungsformen der integrierten Schaltungsstruktur 200 in Zwischenstadien während der Fertigung. Die 29B, 30B, 31B, 32B, 33 - 35, 36A, 37 - 43B sind Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen der integrierten Schaltungsstruktur 200 in Zwischenstadien während der Fertigung entlang eines ersten Schnitts (zum Beispiel des Schnitts X - X in 29A), welcher entlang einer Längsrichtung des Kanals und lotrecht zu einer oberen Fläche des Substrats verläuft. 36B ist eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen der integrierten Schaltungsstruktur 200 in Zwischenstadien während der Fertigung entlang eines zweiten Schnitts (zum Beispiel des Schnitts Y - Y in 29A), welcher im Gate-Bereich und lotrecht zur Längsrichtung des Kanals verläuft.the 26 , 27 , 28 , 29A , 30A , 31A and 32A 12 are perspective views of some embodiments of the integrated circuit structure 200 at intermediate stages during manufacture. the 29B , 30B , 31B , 32B , 33 - 35 , 36A , 37 - 43B 12 are cross-sectional views of some embodiments of the integrated circuit structure 200 at intermediate stages during fabrication along a first cut (e.g., cut X-X in 29A) , which runs along a longitudinal direction of the channel and perpendicular to a top surface of the substrate. 36B Figure 12 is a cross-sectional view of some embodiments of the integrated circuit structure 200 at intermediate stages during fabrication along a second cut (e.g., cut Y - Y in 29A) , which runs in the gate region and perpendicular to the longitudinal direction of the channel.

Bezugnehmend auf 26 ist ein epitaxialer Stapel 220 über dem Substrat 210 gebildet worden. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat 210 Silizium (Si) enthalten. Alternativ dazu kann das Substrat 210 Germanium (Ge), Silizium-Germanium (SiGe), ein Material aus der Gruppe III-V (zum Beispiel GaAs, GaP, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, InAs, GaInP, InP, InSb und/oder GaInAsP; oder eine Kombinationen davon) oder andere geeignete Halbleitermaterialien enthalten. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat 210 eine Halbleiter-auf-Isolator-Struktur (SOI-Struktur), wie zum Beispiel eine vergrabene dielektrische Schicht, aufweisen. Als eine weitere Alternative kann das Substrat 210 eine vergrabene dielektrische Schicht, wie zum Beispiel eine vergrabene Oxidschicht (BOX-Schicht), wie unter anderem jene, welche durch ein Verfahren, welches als Trennung durch Implantation von Sauerstoff (SIMOX) bezeichnet wird, Wafer-Bondung, SEG oder ein anderes geeignetes Verfahren, gebildet wird, aufweisen.Referring to 26 An epitaxial stack 220 has been formed over substrate 210. FIG. In some embodiments, the substrate 210 may include silicon (Si). Alternatively, the substrate 210 may be germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), a Group III-V material (e.g., GaAs, GaP, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, InAs, GaInP, InP, InSb and/or or GaInAsP; or a combination thereof) or other suitable semiconductor materials. In some embodiments, the substrate 210 may include a semiconductor-on-insulator (SOI) structure, such as a buried dielectric layer. As a further alternative, the substrate 210 may include a buried dielectric layer, such as a buried oxide (BOX) layer, including but not limited to those formed wafer-thin by a process referred to as separation by implantation of oxygen (SIMOX). Bonding, SEG or other suitable method.

Der epitaxiale Stapel 220 weist epitaxiale Schichten 222 einer ersten Zusammensetzung auf, zwischen welchen epitaxiale Schichten 224 einer zweiten Zusammensetzung angeordnet sind. Die erste und die zweite Zusammensetzung können sich voneinander unterscheiden. In einigen Ausführungsformen sind die epitaxialen Schichten 222 SiGe, und die epitaxialen Schichten 224 sind Silizium (Si). Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen möglich, zum Beispiel jene, welche eine erste Zusammensetzung und eine zweite Zusammensetzung aufweisend unterschiedliche Oxidationsgeschwindigkeiten und/oder Ätzselektivität bereitstellen. In einigen Ausführungsformen enthalten die epitaxialen Schichten 222 SiGe, und in jenen Fällen, in welchen die epitaxialen Schichten 224 Si enthalten, ist die Si-Oxidationsgeschwindigkeit der epitaxialen Schichten 224 geringer als die SiGe-Oxidationsgeschwindigkeit der epitaxialen Schichten 222.The epitaxial stack 220 comprises epitaxial layers 222 of a first composition between which are disposed epitaxial layers 224 of a second composition. the first and second compositions may differ from each other. In some embodiments, epitaxial layers 222 are SiGe and epitaxial layers 224 are silicon (Si). However, other embodiments are possible, for example those providing a first composition and a second composition having different oxidation rates and/or etch selectivity. In some embodiments, epitaxial layers 222 include SiGe, and in those cases where epitaxial layers 224 include Si, the Si oxidation rate of epitaxial layers 224 is less than the SiGe oxidation rate of epitaxial layers 222.

Die epitaxialen Schichten 224 oder Abschnitte derselben können einen oder mehrere Nanoblattkanäle des Mehrfach-Gate-Transistors bilden. Der Begriff Nanoblatt wird hierin dazu verwendet, einen beliebigen Materialabschnitt mit nanoskaligen oder sogar mikroskaligen Abmessungen zu bezeichnen, welcher unabhängig von der Querschnittsform dieses Abschnitts eine längliche Form aufweist. Somit bezeichnet dieser Begriff längserstreckte Materialabschnitte sowohl mit kreisförmigem und im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt als auch strahlen- oder stabförmige Materialabschnitte, welche zum Beispiel einen zylindrisch geformten oder im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Verwendung der epitaxialen Schichten 224 zum Definieren eines oder mehrerer Kanäle eines Bauelements wird nachfolgend näher erörtert.The epitaxial layers 224 or portions thereof may form one or more nanosheet channels of the multi-gate transistor. The term nanosheet is used herein to denote any section of material with nanoscale or even microscale dimensions that has an elongated shape regardless of the cross-sectional shape of that section. Thus, this term designates longitudinally extended material sections both with a circular and essentially circular cross-section as well as radial or rod-shaped material sections which have, for example, a cylindrically shaped or essentially rectangular cross-section. The use of the epitaxial layers 224 to define one or more channels of a device is discussed in more detail below.

Es ist festzuhalten, dass drei Schichten der epitaxialen Schichten 222 und drei Schichten der epitaxialen Schichten 224 abwechselnd angeordnet sind, wie in 26 dargestellt, was jedoch nur veranschaulichenden Zwecken dient und nicht als Einschränkung über die in den Ansprüchen speziell genannten Angaben hinaus dienen soll. Es versteht sich, dass eine beliebige Anzahl epitaxialer Schichten im epitaxialen Stapel 220 gebildet werden kann; wobei die Anzahl der Schichten von der erwünschten Anzahl von Kanalschichten für den Transistor abhängt. In einigen Ausführungsformen liegt eine Anzahl epitaxialer Schichten 224 zwischen 2 und 10.It is noted that three layers of the epitaxial layers 222 and three layers of the epitaxial layers 224 are arranged alternately as shown in FIG 26 provided, however, is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting beyond what is specifically recited in the claims. It is understood that any number of epitaxial layers can be formed in epitaxial stack 220; the number of layers depending on the desired number of channel layers for the transistor. In some embodiments, a number of epitaxial layers 224 is between 2 and 10.

Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, können die epitaxialen Schichten 224 als ein oder mehrere Kanalbereiche für eine nachfolgend gebildete Mehrfach-Gate-Vorrichtung dienen, und ihre Dicke wird basierend auf Erwägungen hinsichtlich der Vorrichtungsleistung gewählt. Die epitaxialen Schichten 222 in dem/den Kanalbereich(en) können schlussendlich entfernt werden, und dienen dazu, einen vertikalen Abstand zwischen benachbarten Kanalbereichen für eine nachfolgend gebildete Mehrfach-Gate-Vorrichtung zu definieren, wobei ihre Dicke basierend auf Erwägungen hinsichtlich der Vorrichtungsleistung gewählt wird. Folglich können die epitaxialen Schichten 222 auch als Opferschichten bezeichnet werden, und die epitaxialen Schichten 224 können auch als Kanalschichten bezeichnet werden.As described in more detail below, the epitaxial layers 224 may serve as one or more channel regions for a subsequently formed multi-gate device, and their thickness is chosen based on device performance considerations. The epitaxial layers 222 in the channel region(s) may eventually be removed, and serve to define a vertical spacing between adjacent channel regions for a subsequently formed multi-gate device, with their thickness chosen based on device performance considerations . Accordingly, the epitaxial layers 222 may also be referred to as sacrificial layers and the epitaxial layers 224 may also be referred to as channel layers.

Als ein Beispiel kann das epitaxiale Aufwachsen der Schichten des Stapels 220 durch einen Molekularstrahlepitaxieprozess (MBE-Prozess), einen metallorganischen chemischen Dampfabscheidungsprozess (MOCVD-Prozess) und/oder andere geeignete epitaxiale Aufwachsprozesse ausgeführt werden. In einigen Ausführungsformen enthalten die epitaxial aufgewachsenen Schichten, wie zum Beispiel die epitaxialen Schichten 224, dasselbe Material wie das Substrat 210. In einigen Ausführungsformen enthalten die epitaxial aufgewachsenen Schichten 222 und 224 ein anderes Material als das Substrat 210. Wie oben erwähnt weisen zumindest in einigen Beispielen die epitaxialen Schichten 222 eine epitaxial aufgewachsene Silizium-Germanium-Schicht (SiGe-Schicht) auf, und die epitaxialen Schichten 224 weisen eine epitaxial aufgewachsene Siliziumschicht (Si-Schicht) auf. Alternativ dazu können die epitaxialen Schichten 222 und 224 in einigen Ausführungsformen jeweils andere Materialien enthalten, wie zum Beispiel Germanium, einen Verbundhalbleiter, wie zum Beispiel Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid, einen Legierungshalbleiter, wie zum Beispiel SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, InGaAs, GaInP und/oder GaInAsP, oder Kombinationen davon. Wie oben erörtert können die Materialien der epitaxialen Schichten 222 und 224 basierend auf der Bereitstellung unterschiedlicher Oxidations- und/oder Ätzselektivitätseigenschaften gewählt werden. In einigen Ausführungsformen sind die epitaxialen Schichten 222 und 224 im Wesentlichen frei von Dotierstoffen (das heißt, sie weisen eine extrinsische Dotierstoffkonzentration von ungefähr 0 cm-3 bis ungefähr 1X1018 cm-3 auf), wobei während des epitaxialen Aufwachsprozesses zum Beispiel keine absichtliche Dotierung vorgenommen wird.As an example, the epitaxial growth of the layers of the stack 220 may be performed by a molecular beam epitaxy (MBE) process, a metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) process, and/or other suitable epitaxial growth processes. In some embodiments, the epitaxial growth layers, such as epitaxial layers 224, include the same material as substrate 210. In some embodiments, epitaxial growth layers 222 and 224 include a different material than substrate 210. As noted above, at least in some For example, epitaxial layers 222 comprise an epitaxially grown silicon germanium (SiGe) layer and epitaxial layers 224 comprise an epitaxially grown silicon (Si) layer. Alternatively, in some embodiments, epitaxial layers 222 and 224 may each include other materials, such as germanium, a compound semiconductor such as silicon carbide, gallium arsenide, gallium phosphide, indium phosphide, indium arsenide, and/or indium antimonide, an alloy semiconductor such as SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, InGaAs, GaInP and/or GaInAsP, or combinations thereof. As discussed above, the materials of the epitaxial layers 222 and 224 can be chosen based on providing different oxidation and/or etch selectivity properties. In some embodiments, epitaxial layers 222 and 224 are substantially dopant-free (that is, have an extrinsic dopant concentration of about 0 cm -3 to about 1X1018 cm -3 ) with, for example, no intentional doping during the epitaxial growth process will.

Bezugnehmend auf 27 wird eine Mehrzahl von Halbleiterfinnen 230, welche sich vom Substrat 210 weg erstrecken, gebildet. In verschiedenen Ausführungsformen weist jede der Finnen 230 einen Substratabschnitt 212 gebildet aus dem Substrat 210 und Abschnitten jeder der epitaxialen Schichten des epitaxialen Stapels, welcher die epitaxialen Schichten 222 und 224 aufweist, auf. Die Finnen 230 können unter Verwendung geeigneter Prozesse, wie zum Beispiel Doppelstrukturierungs- oder Mehrfachstrukturierungsprozesse, gefertigt werden. In der Regel kombinieren Doppelstrukturierungs- oder Mehrfachstrukturierungsprozesse Fotolithografie- und selbstausrichtende Prozesse, wodurch sie die Schaffung von Strukturen ermöglichen, welche zum Beispiel Abstandsmaße aufweisen, welche kleiner sind als jene, welche andernfalls unter Verwendung eines einzigen, direkten Fotolithografieprozesses erzielbar wären. In einer Ausführungsform wird zum Beispiel eine Opferschicht über einem Substrat gebildet und unter Verwendung eines Fotolithografieprozesses strukturiert. Abstandselemente werden zusammen mit der strukturierten Opferschicht unter Verwendung eines selbstausrichtenden Prozesses gebildet. Dann wird die Opferschicht entfernt, und die verbleibenden Abstandselemente, oder Dorne, können nun dazu verwendet werden, die Finnen 230 durch Ätzen des ursprünglichen epitaxialen Stapels 220 zu strukturieren. Der Ätzprozess kann Trockenätzen, Nassätzen, reaktives Ionenätzen (RIE) und/oder andere geeignete Prozesse umfassen.Referring to 27 a plurality of semiconductor fins 230 extending away from the substrate 210 is formed. In various embodiments, each of the fins 230 includes a substrate portion 212 formed from the substrate 210 and portions of each of the epitaxial layers of the epitaxial stack including the epitaxial layers 222 and 224 . The fins 230 may be fabricated using any suitable process, such as double patterning or multiple patterning processes. Typically, double patterning or multiple patterning processes combine photolithographic and self-aligned processes, enabling the creation of structures that can be example, have spacing dimensions that are smaller than those that would otherwise be achievable using a single, direct photolithography process. For example, in one embodiment, a sacrificial layer is formed over a substrate and patterned using a photolithography process. Spacers are formed along with the patterned sacrificial layer using a self-aligned process. Then the sacrificial layer is removed and the remaining spacers, or mandrels, can now be used to pattern the fins 230 by etching the original epitaxial stack 220. FIG. The etching process may include dry etching, wet etching, reactive ion etching (RIE), and/or other suitable processes.

In der dargestellten Ausführungsform gemäß den 26 und 27 wird eine Hartmaskenschicht (HM-Schicht) 910 über dem epitaxialen Stapel 220 gebildet, bevor die Finnen 230 strukturiert werden. In einigen Ausführungsformen weist die HM-Schicht eine Oxidschicht 912 (zum Beispiel eine Pad-Oxidschicht, welche Si02 enthalten kann) und eine Nitridschicht (zum Beispiel eine Pad-Nitridschicht, welche Si3N4\ enthalten kann) gebildet über der Oxidschicht auf. Die Oxidschicht 912 kann als eine Haftschicht zwischen dem epitaxialen Stapel 220 und der Nitridschicht 914 dienen, und kann als eine Ätzstoppschicht zum Ätzen der Nitridschicht 914 dienen. In einigen Beispielen enthält die HM-Oxidschicht 912 thermisch aufgewachsenes Oxid, durch chemische Dampfabscheidung (CVD) aufgebrachtes Oxid und/oder durch Atomlagenabscheidung (ALD) aufgebrachtes Oxid. In einigen Ausführungsformen wird die HM-Nitridschicht 914 durch CVD und/oder andere geeignete Techniken an der HM-Oxidschicht 912 aufgebracht.In the illustrated embodiment according to 26 and 27 A hard mask (HM) layer 910 is formed over the epitaxial stack 220 before the fins 230 are patterned. In some embodiments, the HM layer has an oxide layer 912 (e.g., a pad oxide layer that may include SiO 2 ) and a nitride layer (e.g., a pad nitride layer that may include Si 3 N 4\ ) formed over the oxide layer. Oxide layer 912 may serve as an adhesion layer between epitaxial stack 220 and nitride layer 914 , and may serve as an etch stop layer for etching nitride layer 914 . In some examples, the HM oxide layer 912 includes thermally grown oxide, chemical vapor deposited (CVD) deposited oxide, and/or atomic layer deposition (ALD) deposited oxide. In some embodiments, the HM nitride layer 914 is deposited on the HM oxide layer 912 by CVD and/or other suitable techniques.

Die Finnen 230 können anschließend unter Verwendung geeigneter Prozesse, wie zum Beispiel Fotolithografie- und Ätzprozesse, gefertigt werden. Der Fotolithografieprozess kann das Bilden einer Fotolackschicht (nicht gezeigt) über der HM-Schicht 910, das Belichten des Fotolacks zu einer Struktur, das Ausführen von Nachbelichtungsbackprozessen und das Entwickeln des Fotolacks zum Bilden einer strukturierten Maske, welche den Fotolack aufweist, umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Strukturieren des Fotolacks zum Bilden des strukturierten Maskenelements unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Lithografieprozesses (E-Beam-Lithografieprozesses) oder eines Lithografieprozesses mit extremer ultravioletter Strahlung (EUV-Lithografieprozesses) aufweisend eine Wellenlänge von zum Beispiel ungefähr 1 - 200 nm erfolgen. Die strukturierte Maske kann dann dazu verwendet werden, Bereiche des Substrats 210 und darauf gebildeter Schichten zu schützen, während ein Ätzprozess Gräben 202 in ungeschützten Bereichen durch die HM-Schicht 910, durch den epitaxialen Stapel 220 und in das Substrat 210 hinein bildet, wodurch die Mehrzahl sich erstreckender Finnen 230 zurückbleibt. Die Gräben 202 können unter Verwendung einer Trockenätzung (zum Beispiel reaktives Ionenätzen), einer Nassätzung und/oder einer Kombination davon geätzt werden. Es können auch zahlreiche andere Ausführungsformen von Verfahren zum Bilden der Finnen am Substrat verwendet werden, wie zum Beispiel das Definieren des Finnenbereichs (zum Beispiel durch eine Maske oder Isolationsbereiche) und das epitaxiale Aufwachsen des epitaxialen Stapels 220 in der Form der Finnen 230.The fins 230 can then be fabricated using suitable processes such as photolithography and etching processes. The photolithography process may include forming a photoresist layer (not shown) over the HM layer 910, exposing the photoresist into a pattern, performing post exposure bake processes, and developing the photoresist to form a patterned mask comprising the photoresist. In some embodiments, patterning the photoresist to form the patterned mask element may be performed using an electron beam (e-beam) lithography process or an extreme ultraviolet radiation (EUV) lithography process having a wavelength of about 1-200 nm, for example . The patterned mask can then be used to protect portions of the substrate 210 and layers formed thereon while an etch process forms trenches 202 in unprotected areas through the HM layer 910, through the epitaxial stack 220, and into the substrate 210, creating the Plurality of extending fins 230 remains. The trenches 202 may be etched using a dry etch (e.g., reactive ion etch), a wet etch, and/or a combination thereof. Numerous other embodiments of methods for forming the fins on the substrate may also be used, such as defining the fin region (e.g., through a mask or isolation regions) and epitaxially growing the epitaxial stack 220 in the shape of the fins 230.

Wie in 28 dargestellt, werden als nächstes Isolationsbereiche 240 zwischen den Finnen 230 gebildet. Einzelheiten hinsichtlich Materialien und Prozesse in Bezug auf die Isolationsbereiche 240 sind ähnlich jenen für die zuvor erörterten Isolationsbereiche 14, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt.As in 28 1, isolation regions 240 are formed between fins 230 next. Details regarding materials and processes relating to isolation regions 240 are similar to those for isolation regions 14 previously discussed, and thus will not be repeated here for the sake of brevity.

In der Folge wird Bezug genommen auf die 29A und 29B. Dummy-Gate-Strukturen 250 werden über dem Substrat 210 gebildet und sind zumindest teilweise über den Finnen 230 angeordnet. Die Abschnitte der Finnen 230, welche unter den Dummy-Gate-Strukturen 250 angeordnet sind, können als der Kanalbereich bezeichnet werden. Die Dummy-Gate-Strukturen 250 können auch Source-/Drain-Bereiche (S/D-Bereiche) der Finnen 230 definieren, zum Beispiel die Bereiche der Finnen 230 angrenzend an die, und an gegenüberliegenden Seiten der, Kanalbereiche.In the following reference is made to the 29A and 29B . Dummy gate structures 250 are formed over substrate 210 and are at least partially disposed over fins 230 . The portions of the fins 230 that are located under the dummy gate structures 250 may be referred to as the channel region. The dummy gate structures 250 may also define source/drain (S/D) regions of the fins 230, for example the regions of the fins 230 adjacent to, and on opposite sides of, the channel regions.

Der Vorgang der Bildung der Dummy-Gates bildet zunächst eine dielektrische Dummy-Gate-Schicht 252 über den Finnen 230. In der Folge werden eine Dummy-Gate-Elektrodenschicht 254 und eine Hartmaske, welche mehrere Schichten 256 und 258 (zum Beispiel eine Oxidschicht 256 und eine Nitridschicht 258) aufweisen kann, über der dielektrischen Dummy-Gate-Schicht 252 gebildet. Dann wird die Hartmaske strukturiert, gefolgt von der Strukturierung der Dummy-Gate-Elektrodenschicht 252 durch Verwendung der strukturierten Hartmaske als eine Ätzmaske. In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Dummy-Gate-Schicht 252 nach dem Strukturieren der Dummy-Gate-Elektrodenschicht 254 aus den S/D-Bereichen der Finnen 230 entfernt. Der Ätzprozess kann eine Nassätzung, eine Trockenätzung und/oder eine Kombination davon umfassen. Der Ätzprozess wird derart gewählt, dass er im Wesentlichen selektiv die dielektrische Dummy-Gate-Schicht 252 ätzt, ohne die Finnen 230, die Dummy-Gate-Elektrodenschicht 254, die Oxidmaskenschicht 256 und die Nitridmaskenschicht 258 zu ätzen. Materialien der dielektrischen Dummy-Gate-Schicht und der Dummy-Gate-Elektrodenschicht sind ähnlich jenen der zuvor erörterten dielektrischen Dummy-Gate-Schicht 108 und Dummy-Gate-Elektrodenschicht 110, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt.The process of forming the dummy gates first forms a dummy gate dielectric layer 252 over the fins 230. Subsequently, a dummy gate electrode layer 254 and a hard mask comprising multiple layers 256 and 258 (e.g., an oxide layer 256 and a nitride layer 258 ) formed over the dummy gate dielectric layer 252 . Then the hard mask is patterned, followed by patterning of the dummy gate electrode layer 252 by using the patterned hard mask as an etch mask. In some embodiments, the dummy gate dielectric layer 252 is removed from the S/D regions of the fins 230 after the dummy gate electrode layer 254 is patterned. The etching process may include a wet etch, a dry etch, and/or a combination thereof. The etch process is chosen to substantially selectively etch dummy gate dielectric layer 252 without etching fins 230, dummy gate electrode layer 254, oxide mask layer 256, and nitride mask layer 258. FIG. Materials of the dummy gate dielectric layer and the dummy gate electrode layer are similar to those previously discussed dummy gate dielectric layer 108 and dummy gate electrode layer 110, and thus will not be repeated here for the sake of brevity.

Nachdem die Bildung der Dummy-Gate-Strukturen 250 abgeschlossen ist, werden Gate-Abstandselemente 260 an Seitenwänden der Dummy-Gate-Strukturen 250 gebildet. Zum Beispiel wird eine Abstandselementmaterialschicht am Substrat 210 aufgebracht. Die Abstandselementmaterialschicht kann eine konforme Schicht sein, welche anschließend rückgeätzt wird, um Gate-Seitenwandabstandselemente zu bilden. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Abstandselementmaterialschicht 260 konform an der Oberseite und den Seitenwänden der Dummy-Gate-Strukturen 250 angeordnet. Die Abstandselementmaterialschicht 260 kann ein dielektrisches Material, wie zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Siliziumoxynitride, SiCN-Filme, Siliziumoxykarbid, SiOCN-Filme und/oder Kombinationen davon, enthalten. In einigen Ausführungsformen weist die Abstandselementmaterialschicht 260 mehrere Schichten, wie zum Beispiel eine erste Abstandselementschicht 262 und eine über der ersten Abstandselementschicht 262 gebildete zweite Abstandselementschicht 264 (dargestellt in 29B), auf. Als ein Beispiel kann die Abstandselementmaterialschicht 260 durch Aufbringen eines dielektrischen Materials über den Gate-Strukturen 250 unter Verwendung geeigneter Abscheidungsprozesse gebildet werden. Ein anisotroper Ätzprozess wird dann an der aufgebrachten Abstandselementschicht 260 ausgeführt, um Abschnitte der Finnen 230, welche nicht durch die Dummy-Gate-Strukturen 250 bedeckt sind (zum Beispiel in Source-/Drain-Bereichen der Finnen 230), freizulegen. Abschnitte der Abstandselementschicht direkt über der Dummy-Gate-Struktur 250 können durch diesen anisotropen Ätzprozess vollständig entfernt werden. Abschnitte der Abstandselementschicht an Seitenwänden der Dummy-Gate-Struktur 250 können zurückbleiben, wodurch sie Gate-Seitenwandabstandselemente bilden, welche der Einfachheit halber als die Gate-Abstandselemente 260 bezeichnet werden. Dabei ist festzuhalten, dass die Gate-Abstandselemente 260 in der Querschnittsansicht von 29B zwar Mehrschicht-Strukturen sind, diese der Einfachheit halber in der perspektivischen Ansicht von 29A jedoch als einschichtige Strukturen dargestellt sind.After formation of dummy gate structures 250 is complete, gate spacers 260 are formed on sidewalls of dummy gate structures 250 . For example, a spacer material layer is deposited on substrate 210 . The spacer material layer may be a conformal layer which is subsequently etched back to form gate sidewall spacers. In the illustrated embodiment, a spacer material layer 260 is conformally disposed on the top and sidewalls of the dummy gate structures 250 . Spacer material layer 260 may include a dielectric material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, silicon oxynitrides, SiCN films, silicon oxycarbide, SiOCN films, and/or combinations thereof. In some embodiments, the spacer material layer 260 includes multiple layers, such as a first spacer layer 262 and a second spacer layer 264 formed over the first spacer layer 262 (shown in FIG 29B) , on. As an example, the spacer material layer 260 may be formed by depositing a dielectric material over the gate structures 250 using appropriate deposition processes. An anisotropic etch process is then performed on the deposited spacer layer 260 to expose portions of the fins 230 not covered by the dummy gate structures 250 (eg, in source/drain regions of the fins 230). Portions of the spacer layer directly over the dummy gate structure 250 may be completely removed by this anisotropic etch process. Portions of the spacer layer on sidewalls of the dummy gate structure 250 may be left, thereby forming gate sidewall spacers, which will be referred to as the gate spacers 260 for convenience. It is noted that the gate spacers 260 in the cross-sectional view of FIG 29B Although multi-layer structures, these are shown in the perspective view of FIG 29A however, are shown as single layer structures.

Als nächstes, wie in den 30A und 30B dargestellt, werden freiliegende Abschnitte der Halbleiterfinnen 230, welche sich seitlich über die Gate-Abstandselemente 260 (zum Beispiel in Source-/Drain-Bereichen der Finnen 230) hinaus erstrecken, geätzt, indem zum Beispiel ein anisotroper Ätzprozess verwendet wird, welcher die Dummy-Gate-Struktur 250 und die Gate-Abstandselemente 260 als eine Ätzmaske verwendet, wodurch Vertiefungen R2 in die Halbleiterfinnen 230 hinein und zwischen den entsprechenden Dummy-Gate-Strukturen 250 entstehen. Nach dem anisotropen Ätzen sind Endflächen der epitaxialen Schichten 222 und Kanalschichten 224 aufgrund der anisotropen Ätzung auf die jeweils äußersten Seitenwände der Gate-Abstandselemente 260 ausgerichtet. In einigen Ausführungsformen kann die anisotrope Ätzung durch eine chemische Trockenätzung mit einer Plasmaquelle und einem Reaktionsgas durchgeführt werden. Die Plasmaquelle kann eine induktiv gekoppelte Plasmaquelle (ICR-Quelle), eine transformatorgekoppelte Plasmaquelle (TCP-Quelle), eine Elektronen-Zyklotron-Resonanzquelle (ECR-Quelle) oder dergleichen sein, und das Reaktionsgas kann zum Beispiel ein fluorbasiertes Gas (wie zum Beispiel SF6, CH2F2, CH3F, CHF3 oder dergleichen), ein chlorbasiertes Gas (zum Beispiel Cl2), Bromwasserstoffgas (HBr), Sauerstoffgas (02), dergleichen oder Kombinationen davon sein.Next, as in the 30A and 30B As illustrated, exposed portions of the semiconductor fins 230 that extend laterally beyond the gate spacers 260 (e.g., in source/drain regions of the fins 230) are etched using, for example, an anisotropic etch process that includes the dummy Gate structure 250 and gate spacers 260 are used as an etch mask, creating indentations R2 into semiconductor fins 230 and between the corresponding dummy gate structures 250. After the anisotropic etch, end faces of the epitaxial layers 222 and channel layers 224 are aligned with the respective outermost sidewalls of the gate spacers 260 due to the anisotropic etch. In some embodiments, the anisotropic etch may be performed by a dry chemical etch using a plasma source and a reactive gas. The plasma source may be an inductively coupled plasma (ICR) source, a transformer coupled plasma (TCP) source, an electron cyclotron resonance (ECR) source, or the like, and the reaction gas may be, for example, a fluorine-based gas (such as SF6, CH2F2, CH3F, CHF3, or the like), a chlorine-based gas (e.g., Cl2), hydrogen bromide gas (HBr), oxygen gas (O2), the like, or combinations thereof.

Als nächstes sind die epitaxialen Schichten 222 in den 31A und 31B seitlich oder horizontal vertieft worden, indem geeignete Ätztechniken verwendet wurden, wodurch jeweils vertikal zwischen entsprechenden Kanalschichten 224 seitliche Vertiefungen R3 entstanden sind. Dieser Vorgang kann durch Verwenden eines selektiven Ätzprozesses durchgeführt werden. Als Beispiel, jedoch nicht als Einschränkung, sind die epitaxialen Schichten 222 SiGe, und die Kanalschichten 224 sind Silizium, wodurch das selektive Ätzen der epitaxialen Schichten 222 ermöglicht wird. In einigen Ausführungsformen umfasst das selektive Nassätzen eine APM-Ätzung (zum Beispiel mit Ammoniumhydroxid-Wasserstoffperoxid-Gemisch), welche SiGe mit einer schnelleren Ätzrate ätzt, als sie Si ätzt. In einigen Ausführungsformen umfasst das selektive Ätzen SiGe-Oxidation gefolgt von einer SiGeOx-Entfernung. Zum Beispiel kann durch Oxidation durch O3 Clean bereitgestellt werden, und dann SiGeOx durch ein Ätzmittel, wie zum Beispiel NH4OH, entfernt werden, welches SiGeOx selektiv mit einer rascheren Ätzrate ätzt, als es Si ätzt. Darüber hinaus werden die Kanalschichten 224 durch den Prozess des seitlichen Vertiefens der epitaxialen Schichten 222 nicht wesentlich geätzt, da die Oxidationsgeschwindigkeit von Si viel geringer ist (manchmal 30-mal geringer) als die Oxidationsgeschwindigkeit von SiGe. Folglich erstrecken sich die Kanalschichten 224 seitlich über gegenüberliegende Endflächen der epitaxialen Schichten 222 hinaus.Next are the epitaxial layers 222 in FIGS 31A and 31B have been recessed laterally or horizontally using appropriate etching techniques, thereby creating lateral recesses R3 each vertically between corresponding channel layers 224. This operation can be performed by using a selective etching process. By way of example but not limitation, the epitaxial layers 222 are SiGe and the channel layers 224 are silicon, enabling the epitaxial layers 222 to be selectively etched. In some embodiments, the selective wet etch includes an APM (e.g., ammonium hydroxide-hydrogen peroxide) etch, which etches SiGe at a faster etch rate than it etches Si. In some embodiments, the selective etch includes SiGe oxidation followed by SiGeO x removal. For example, oxidation by O 3 can provide clean, and then remove SiGeO x by an etchant such as NH 4 OH, which selectively etches SiGeO x at a faster etch rate than it etches Si. In addition, the channel layers 224 are not significantly etched by the process of laterally recessing the epitaxial layers 222 since the oxidation rate of Si is much slower (sometimes 30 times slower) than the oxidation rate of SiGe. Consequently, channel layers 224 extend laterally beyond opposite end faces of epitaxial layers 222 .

In den 32A und 32B ist eine innere Abstandselementmaterialschicht 270 gebildet worden, um die Vertiefungen R3, welche durch das oben unter Bezugnahme auf die 32A und 32B erörterte seitliche Ätzen der epitaxialen Schichten zurückgeblieben sind, zu füllen. Die innere Abstandselementmaterialschicht 270 kann ein dielektrisches Material mit niedrigem k-Wert, wie zum Beispiel Si02, SiN, SiCN oder SiOCN, sein, und kann durch ein geeignetes Abscheidungsverfahren, wie zum Beispiel ALD, gebildet werden. Nach der Abscheidung der inneren Abstandselementmaterialschicht 270 kann ein anisotroper Ätzprozess durchgeführt werden, um das aufgebrachte innere Abstandselementmaterial 270 derart zu trimmen, dass nur Abschnitte des aufgebrachten inneren Abstandselementmaterials 270, welche die Vertiefungen R3 füllen, durch das seitliche Ätzen der epitaxialen Schichten 222 zurückbleiben. Nach dem Trimmungsprozess werden die verbleibenden Abschnitte des aufgebrachten inneren Abstandselementmaterials der Einfachheit halber als innere Abstandselemente 270 bezeichnet. Die inneren Abstandselemente 270 dienen dazu, Metall-Gates von den bei der nachfolgenden Bearbeitung gebildeten Source-/Drain-Bereichen zu isolieren. Beim Beispiel der 32A und 32B sind Seitenwände der inneren Abstandselemente 270 auf Seitenwände der Kanalschichten 224 ausgerichtet.In the 32A and 32B an inner spacer material layer 270 has been formed to encircle the recesses R3 defined by the above with reference to FIG 32A and 32B discussed lateral etching of the epitaxial layers are left to fill. The inner spacer material layer 270 may be a low k dielectric material such as SiO 2 , SiN, SiCN or SiOCN and may be formed by a suitable deposition process such as ALD. After the deposition of the inner spacer material layer 270, an anisotropic etch process may be performed to trim the deposited inner spacer material 270 such that only portions of the deposited inner spacer material 270 that fill the recesses R3 are left by the lateral etching of the epitaxial layers 222. After the trimming process, the remaining portions of the applied inner spacer material are referred to as inner spacers 270 for convenience. The inner spacers 270 serve to isolate metal gates from the source/drain regions formed in subsequent processing. In the example of 32A and 32B sidewalls of inner spacers 270 are aligned with sidewalls of channel layers 224 .

In 33 sind die epitaxialen Source-/Drain-Strukturen 280 über den Source-/Drain-Bereichen S/D der Halbleiterfinnen 230 gebildet worden. Die epitaxialen Source-/Drain-Strukturen 280 können durch Durchführen eines epitaxialen Aufwachsprozesses gebildet werden, welcher ein epitaxiales Material an den Finnen 230 bereitstellt. Während des epitaxialen Aufwachsprozesses begrenzen die Dummy-Gate-Strukturen 250, die Gate-Seitenwandabstandselemente 60 und die inneren Abstandselement 270 die epitaxialen Source-/Drain-Strukturen 280 auf die Source-/Drain-Bereiche S/D. Einzelheiten hinsichtlich Materialien und Prozesse in Bezug auf die Source-/Drain-Epitaxiestrukturen 280 von GAA-FET sind ähnlich jenen der zuvor erörterten epitaxialen Source-/Drain-Strukturen 122 von FinFET, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt.In 33 the epitaxial source/drain structures 280 have been formed over the source/drain regions S/D of the semiconductor fins 230. FIG. The source/drain epitaxial structures 280 may be formed by performing an epitaxial growth process that provides an epitaxial material on the fins 230 . During the epitaxial growth process, the dummy gate structures 250, the gate sidewall spacers 60 and the inner spacers 270 confine the source/drain epitaxial structures 280 to the source/drain regions S/D. Details regarding materials and processes relating to the GAA-FET source/drain epitaxial structures 280 are similar to those of the FinFET epitaxial source/drain structures 122 discussed previously, and thus will not be repeated here for the sake of brevity.

In 34 ist eine dielektrische Zwischenschicht (ILD-Schicht) 310 am Substrat 210 gebildet worden. In einigen Ausführungsformen wird vor dem Bilden der ILD-Schicht 310 auch eine Kontaktätzstoppschicht (CESL) gebildet. Einzelheiten hinsichtlich Materialien und Prozesse in Bezug auf die CESL und die ILD-Schicht sind ähnlich jenen der CESL und der ILD-Schicht 126 und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt. In einigen Beispielen kann nach dem Aufbringen der ILD-Schicht 310 ein Planarisierungsprozess durchgeführt werden, um überschüssige Materialien der ILD-Schicht 310 zu entfernen. Zum Beispiel umfasst ein Planarisierungsprozess einen chemisch-mechanischen Planarisierungsprozess (CMP-Prozess), welcher Abschnitte der ILD-Schicht 310 (und der CESL, falls vorhanden), welche über den Dummy-Gate-Strukturen 250 angeordnet sind, entfernt, und eine obere Fläche der integrierten Schaltungsstruktur 200 planarisiert. In einigen Ausführungsformen entfernt der CMP-Prozess auch die Hartmaskenschichten 256, 258 (wie in 33 gezeigt), und legt die Dummy-Gate-Elektrodenschicht 254 frei.In 34 An interlayer dielectric (ILD) layer 310 has been formed on substrate 210 . In some embodiments, prior to forming the ILD layer 310, a contact etch stop layer (CESL) is also formed. Details regarding materials and processes related to the CESL and the ILD layer are similar to those of the CESL and the ILD layer 126 and thus are not repeated here for the sake of brevity. In some examples, after depositing the ILD layer 310, a planarization process may be performed to remove excess ILD layer 310 materials. For example, a planarization process includes a chemical-mechanical planarization (CMP) process that removes portions of the ILD layer 310 (and the CESL, if present) disposed over the dummy gate structures 250 and a top surface of the integrated circuit structure 200 is planarized. In some embodiments, the CMP process also removes the hard mask layers 256, 258 (as in 33 shown) and exposes the dummy gate electrode layer 254 .

Danach werden zuerst die Dummy-Gate-Strukturen 250 (wie in 34 gezeigt) und dann die epitaxialen Schichten (das heißt die Opferschichten) 222 entfernt (wie in 34 gezeigt). Die entstehende Struktur ist in 35 dargestellt. In einigen Ausführungsformen werden die Dummy-Gate-Strukturen 250 unter Verwendung eines selektiven Ätzprozesses (zum Beispiel selektivem Trockenätzen, selektivem Nassätzen oder einer Kombination davon), welcher die Materialien in den Dummy-Gate-Strukturen 250 mit einer schnelleren Ätzrate ätzt, als er andere Materialien (zum Beispiel die Gate-Seitenwandabstandselemente 260 und/oder die ILD-Schicht 310) ätzt, entfernt, wodurch Gate-Gräben GT2 zwischen den betreffenden Gate-Seitenwandabstandselementen 260 entstehen, wobei die epitaxialen Schichten 222 in den Gate-Gräben GT2 freiliegen. Anschließend werden die epitaxialen Schichten 222 in den Gate-Gräben GT2 entfernt, indem ein weiterer selektiver Ätzprozess verwendet wird, welcher die epitaxialen Schichten 222 mit einer schnelleren Ätzrate ätzt, als er die Kanalschichten 224 ätzt, wodurch sich Öffnungen O5 zwischen benachbarten epitaxialen Schichten (das heißt den Kanalschichten) 224 bilden. Auf diese Weise werden die epitaxialen Schichten 224 zu Nanoblättern, welche frei über dem Substrat 210 und zwischen den epitaxialen Source-/Drain-Strukturen 280 angeordnet sind. Dieser Vorgang wird auch als ein Kanalfreigabeprozess bezeichnet. Bei diesem Zwischenbearbeitungsvorgang können die Öffnungen O5 zwischen den epitaxialen Schichten (das heißt den Nanoblättern) 224 mit Umgebungsbedingungen (zum Beispiel Luft, Stickstoff, etc.) gefüllt werden. In einigen Ausführungsformen können die epitaxialen Schichten 224 abhängig von ihrer Geometrie stattdessen auch als Nanodrähte, Nanoscheiben und Nanoringe bezeichnet werden. Zum Beispiel können die epitaxialen Schichten 224 in einigen anderen Ausführungsformen derart getrimmt werden, dass sie aufgrund des selektiven Ätzprozesses zum vollständigen Entfernen der epitaxialen Schichten 222 eine im Wesentlichen abgerundete Form (das heißt eine zylindrische Form) aufweisen. In diesem Fall können die entstehenden epitaxialen Schichten 224 als Nanodrähte bezeichnet werden.After that, first the dummy gate structures 250 (as in 34 shown) and then the epitaxial layers (i.e. the sacrificial layers) 222 removed (as in FIG 34 shown). The resulting structure is in 35 shown. In some embodiments, the dummy gate structures 250 are etched using a selective etch process (e.g., selective dry etch, selective wet etch, or a combination thereof) that etches the materials in the dummy gate structures 250 at a faster etch rate than others Materials (e.g., the gate sidewall spacers 260 and/or the ILD layer 310) are etched, thereby creating gate trenches GT2 between the respective gate sidewall spacers 260, exposing the epitaxial layers 222 in the gate trenches GT2. Next, the epitaxial layers 222 in the gate trenches GT2 are removed using another selective etch process that etches the epitaxial layers 222 at a faster etch rate than it etches the channel layers 224, creating openings O5 between adjacent epitaxial layers (the is called the channel layers) 224 form. In this way, the epitaxial layers 224 become nanosheets that are exposed over the substrate 210 and between the source/drain epitaxial structures 280 . This process is also referred to as a channel release process. In this intermediate processing operation, the openings O5 between the epitaxial layers (ie, nanosheets) 224 may be filled with ambient conditions (e.g., air, nitrogen, etc.). In some embodiments, the epitaxial layers 224 may instead be referred to as nanowires, nanodiscs, and nanorings, depending on their geometry. For example, in some other embodiments, the epitaxial layers 224 may be trimmed to have a substantially rounded shape (ie, a cylindrical shape) due to the selective etch process to completely remove the epitaxial layers 222 . In this case, the resulting epitaxial layers 224 can be referred to as nanowires.

In einigen Ausführungsformen werden die epitaxialen Schichten 222 unter Verwendung eines selektiven Nassätzprozesses entfernt. In einigen Ausführungsformen sind die epitaxialen Schichten 222 SiGe und die epitaxialen Schichten 224 sind Silizium, was das selektive Entfernen der epitaxialen Schichten 222 ermöglicht. In einigen Ausführungsformen umfasst das selektive Nassätzen eine APM-Ätzung (zum Beispiel mit einem Ammoniumhydroxid-Wasserstoffperoxid-Gemisch). In einigen Ausführungsformen umfasst das selektive Entfernen eine SiGe-Oxidation gefolgt von einer SiGeOx-Entfernung. Zum Beispiel kann die Oxidation durch O3 Clean bereitgestellt werden, und dann SiGeOx durch ein Ätzmittel, wie zum Beispiel NH4OH, entfernt werden, welches SiGeOx selektiv mit einer rascheren Ätzrate ätzt, als es Si ätzt. Darüber hinaus werden die Kanalschichten 224 durch den Kanalfreigabeprozess nicht wesentlich geätzt, da die Oxidationsgeschwindigkeit von Si viel geringer ist (manchmal 30-mal geringer) als die Oxidationsgeschwindigkeit von SiGe. Es ist anzumerken, dass sowohl der Vorgang der Kanalfreigabe als auch der vorherige Vorgang des seitlichen Vertiefens der Opferschichten (der in den 31A und 31B gezeigte Vorgang) einen selektiven Ätzprozess verwenden, welcher SiGe mit einer schnelleren Ätzrate ätzt, als er Si ätzt, wodurch diese beiden Vorgänge in einigen Ausführungsformen dieselbe Ätzmittelchemie verwenden können. In diesem Fall ist die Ätzzeit beziehungsweise Ätzdauer des Vorgangs der Kanalfreigabe länger als die Ätzzeit beziehungsweise Ätzdauer des vorherigen Vorgangs des seitlichen Vertiefens der Opferschichten, um die SiGe-Opferschichten vollständig zu entfernen.In some embodiments, the epitaxial layers 222 are removed using a selective wet etch process. In some embodiments, epitaxial layers 222 are SiGe and epitaxial layers 224 are silicon, allowing for selective removal of epitaxial layers 222 . In some embodiments, the selective wet etch includes an APM Etching (for example with a mixture of ammonium hydroxide and hydrogen peroxide). In some embodiments, the selective removal includes a SiGe oxidation followed by a SiGeO x removal. For example, oxidation can be provided by O 3 Clean, and then SiGeO x removed by an etchant, such as NH 4 OH, which selectively etches SiGeO x at a faster etch rate than it etches Si. In addition, the channel layers 224 are not significantly etched by the channel release process since the oxidation rate of Si is much slower (sometimes 30 times slower) than the oxidation rate of SiGe. It should be noted that both the channel release operation and the previous operation of laterally recessing the sacrificial layers (the one shown in Figs 31A and 31B process shown) use a selective etch process that etches SiGe at a faster etch rate than it etches Si, allowing these two processes to use the same etchant chemistry in some embodiments. In this case, the etching time of the channel release process is longer than the etching time of the previous process of laterally recessing the sacrificial layers in order to completely remove the SiGe sacrificial layers.

In den 36A und 36B sind Ersatz-Gate-Strukturen 320 jeweils in den Gate-Gräben GT2 derart gebildet worden, dass sie jede der frei in den Gate-Gräben GT2 angeordneten epitaxialen Schichten 224 umgeben. Die Gate-Struktur 320 kann das endgültige Gate eines GAA-FET sein. Die endgültigen Gate-Struktur kann ein Metall-Gate-Stapel mit hohem k-Wert sein, wobei jedoch auch andere Zusammensetzungen möglich sind. In einigen Ausführungsformen bildet jede der Gate-Strukturen 320 das Gate in Verbindung mit den Mehrfachkanälen bereitgestellt durch die Mehrzahl der epitaxialen Schichten 224. Zum Beispiel werden Metall-Gate-Strukturen mit hohem k-Wert 320 innerhalb der Öffnungen O5, welche durch die Freigabe der epitaxialen Schichten 224 bereitgestellt worden sind, gebildet (wie in 36A dargestellt). In verschiedenen Ausführungsformen weist die Metall-Gate-Struktur mit hohem k-Wert 320 eine dielektrische Gate-Schicht 322 gebildet rund um die epitaxialen Schichten 224, eine Austrittsarbeitsmetallschicht 324 gebildet rund um die dielektrische Gate-Schicht 322 und ein Füllmetall 326, welches rund um die Austrittsarbeitsmetallschicht 324 gebildet ist und einen Rest der Gate-Gräben GT2 füllt, auf. Die dielektrische Gate-Schicht 322 weist eine Grenzflächenschicht (zum Beispiel eine Siliziumoxidschicht) und eine dielektrische Gate-Schicht mit hohem k-Wert über der Grenzflächenschicht auf. Die hierin verwendeten und beschriebenen Gate-Dielektrika mit hohem k-Wert enthalten dielektrische Materialien aufweisend eine hohe Dielektrizitätskonstante, welche zum Beispiel größer ist als jene von thermischem Siliziumoxid (~3,9). Die Austrittsarbeitsmetallschicht 324 und/oder die Füllmetallschicht 326, welche innerhalb der Metall-Gate-Strukturen mit hohem k-Wert 320 verwendet werden, können ein Metall, eine Metalllegierung oder Metallsilizide enthalten. Die Bildung der Metall-Gate-Strukturen mit hohem k-Wert 320 kann Abscheidungen zum Bilden verschiedener Gate-Materialen, eine oder mehrere Auskleidungsschichten sowie einen oder mehrere CMP-Prozesse zum Entfernen überschüssiger Gate-Materialien umfassen. Wie in einer Querschnittsansicht von 36B dargestellt, welche entlang einer Längsachse einer Metall-Gate-Struktur mit hohem k-Wert 320 geschnitten wurde, umgibt die Metall-Gate-Struktur mit hohem k-Wert 320 jede der epitaxialen Schichten 224, und wird daher als ein Gate eines GAA-FET bezeichnet. Einzelheiten hinsichtlich Materialien und Prozesse in Bezug auf die Gate-Strukturen 320 von GAA-FET sind ähnlich jenen der Gate-Strukturen 130 von FinFET, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt.In the 36A and 36B For example, replacement gate structures 320 have been respectively formed in the gate trenches GT2 so as to surround each of the epitaxial layers 224 exposed in the gate trenches GT2. Gate structure 320 may be the final gate of a GAA-FET. The final gate structure can be a high-k metal gate stack, although other compositions are possible. In some embodiments, each of the gate structures 320 forms the gate associated with the multiple channels provided by the plurality of epitaxial layers 224. For example, high-k metal gate structures 320 are formed within the openings O 5 exposed by the release of the epitaxial layers 224 have been provided (as in 36A shown). In various embodiments, high-k metal gate structure 320 includes a gate dielectric layer 322 formed around epitaxial layers 224, a work function metal layer 324 formed around gate dielectric layer 322, and a fill metal 326 formed around the work function metal layer 324 is formed and fills a remainder of the gate trenches GT2. The gate dielectric layer 322 includes an interface layer (e.g., a silicon oxide layer) and a high-k gate dielectric layer over the interface layer. The high-k gate dielectrics used and described herein include dielectric materials having a high dielectric constant greater than, for example, thermal silicon oxide (˜3.9). The work function metal layer 324 and/or the fill metal layer 326 used within the high-k metal gate structures 320 may include a metal, metal alloy, or metal silicides. The formation of the high-k metal gate structures 320 may include depositions to form various gate materials, one or more liner layers, and one or more CMP processes to remove excess gate materials. As in a cross-sectional view of 36B 1, cut along a longitudinal axis of a high-k metal gate structure 320, the high-k metal gate structure 320 surrounds each of the epitaxial layers 224, and is therefore considered a gate of a GAA-FET designated. Details regarding materials and processes related to GAA-FET gate structures 320 are similar to those of FinFET gate structures 130, and thus are not repeated here for the sake of brevity.

In 37 wird ein Rückätzprozess durchgeführt, um die Ersatz-Gate-Strukturen 320 rückzuätzen, wodurch Vertiefungen über den rückgeätzten Gate-Strukturen 320 entstehen. Da die Materialien der Ersatz-Gate-Strukturen 320 eine andere Ätzselektivität aufweisen als die Gate-Abstandselemente 260, können in einigen Ausführungsformen die oberen Flächen der Ersatz-Gate-Strukturen 320 in einer tieferen Ebene angeordnet sein als die oberen Flächen der Gate-Abstandselemente 260.In 37 an etch-back process is performed to etch back the replacement gate structures 320 , resulting in depressions over the etch-back gate structures 320 . Because the materials of the replacement gate structures 320 have a different etch selectivity than the gate spacers 260, in some embodiments, the top surfaces of the replacement gate structures 320 may be located at a lower level than the top surfaces of the gate spacers 260 .

In 38 sind dielektrische Kappen 340 über den Metallkappen 330 gebildet worden. Einzelheiten hinsichtlich Materialien und Prozesse in Bezug auf die dielektrischen Kappen 340 sind ähnlich jenen der zuvor erörterten dielektrischen Kappen 142, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt.In 38 dielectric caps 340 have been formed over metal caps 330. FIG. Details regarding materials and processes relating to dielectric caps 340 are similar to those of dielectric caps 142 previously discussed, and thus will not be repeated here for the sake of brevity.

In 39 sind Source-/Drain-Kontakte 350 gebildet worden, welche sich durch die ILD-Schicht 310 (und die CESL-Schicht, falls vorhanden) erstrecken. Die Bildung der Source-/Drain-Kontakte 350 umfasst zum Beispiel, jedoch nicht als Einschränkung, das Durchführen eines oder mehrere Ätzprozesse zum Bilden von Kontaktöffnungen, welche sich durch die ILD-Schicht 310 erstrecken, um die Source-/Drain-Epitaxiestrukturen 280 freizulegen, das Aufbringen eines oder mehrerer metallischer Werkstoffe zum Überfüllen der Kontaktöffnungen, und das anschließende Durchführen eines CMP-Prozesses zum Entfernen überschüssiger metallischer Werkstoffe außerhalb der Kontaktöffnungen. In einigen Ausführungsformen umfassen der eine oder die mehreren Ätzprozesse das selektive Ätzen, welches die ILD-Schicht 310 mit einer schnelleren Ätzrate ätzt, als es die dielektrischen Kappen 340 und die Gate-Abstandselemente 260 ätzt. Folglich wird das selektive Ätzen unter Verwendung der dielektrischen Kappen 340 und der Gate-Abstandselemente 260 als eine Ätzmaske durchgeführt, sodass die Kontaktöffnungen, und somit die Source-/Drain-Kontakte 350, selbstausrichtend auf die Source-/Drain-Epitaxiestrukturen 280 gebildet werden, ohne dass ein zusätzlicher Fotolithografieprozess verwendet wird. In diesem Fall können die dielektrischen Kappen 340, welche das Bilden der selbstausrichtenden Kontakte 350 ermöglichen, als SAC-Kappen 340 bezeichnet werden.In 39 Source/drain contacts 350 have been formed which extend through the ILD layer 310 (and the CESL layer, if present). Forming source/drain contacts 350 includes, for example but not limitation, performing one or more etch processes to form contact openings that extend through ILD layer 310 to expose source/drain epitaxial structures 280 , depositing one or more metallic materials to overfill the contact openings, and then performing a CMP process to remove excess metallic materials outside of the contact openings. In some embodiments, the one or more etch processes include the selective etch that etches the ILD layer 310 at a faster etch rate than it does the dielectric caps 340 and the gate spacers 260 etches. Consequently, the selective etch is performed using the dielectric caps 340 and the gate spacers 260 as an etch mask so that the contact openings, and thus the source/drain contacts 350, are formed self-aligned to the source/drain epitaxial structures 280. without using an additional photolithography process. In this case, the dielectric caps 340 that enable the formation of the self-aligned contacts 350 may be referred to as SAC caps 340. FIG.

Sobald die selbstausrichtenden Source-/Drain-Kontakte 350 gebildet worden sind, werden, wie in 40 gezeigt, Ätzstoppschichten (ESL) 360 selektiv über den dielektrischen Materialien (zum Beispiel den SAC-Kappen 340 und den Gate-Abstandselementen 260) gebildet. Einzelheiten hinsichtlich Materialien und Prozesse in Bezug auf die ESL 360 sind ähnlich jenen der zuvor erörterten ESL 146, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt.Once the self-aligned source/drain contacts 350 have been formed, as shown in FIG 40 1, etch stop layers (ESL) 360 are formed selectively over the dielectric materials (e.g., SAC caps 340 and gate spacers 260). Details regarding materials and processes relating to ESL 360 are similar to those of ESL 146 previously discussed, and thus will not be repeated here for the sake of brevity.

In der Folge wird eine weitere ILD-Schicht 370 über den ESL 360 aufgebracht, wie in 41 gezeigt. In einigen Ausführungsformen ist die ILD-Schicht 370 Siliziumoxid (SiOx). Einzelheiten hinsichtlich Materialien und Prozesse in Bezug auf die ESL 360 sind ähnlich jenen der zuvor erörterten ILD-Schicht 148, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt.Subsequently, another ILD layer 370 is deposited over the ESL 360 as shown in FIG 41 shown. In some embodiments, the ILD layer 370 is silicon oxide (SiOx). Details regarding materials and processes related to the ESL 360 are similar to those of the ILD layer 148 previously discussed, and thus will not be repeated here for the sake of brevity.

Bezugnehmend auf 42A wird die ILD-Schicht 370 derart strukturiert, dass sie Durchkontaktierungsöffnungen 06 bildet, welche sich durch die ILD-Schicht 370 erstrecken, indem ein Ätzprozess ET3 verwendet wird (welcher auch als Durchkontaktierungsätzprozess bezeichnet wird). Dier Ätzdauer des Durchkontaktierungsätzprozesses ET3 wird derart gesteuert, dass die ILD-Schicht 370 durchbrochen wird. Als ein Ergebnis des Ätzprozesses ET3 werden die Source-/Drain-Kontakte 350 an den Böden der Durchkontaktierungsöffnungen O6 freigelegt. Einzelheiten betreffend den Durchkontaktierungsätzprozess ET3 wurden zuvor in Bezug auf den Durchkontaktierungsätzprozess ET1 erörtert, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt.Referring to 42A For example, the ILD layer 370 is patterned to form via openings 06 that extend through the ILD layer 370 using an etch process ET3 (also referred to as a via etch process). The etch duration of the via etch process ET3 is controlled such that the ILD layer 370 is broken down. As a result of the etch process ET3, the source/drain contacts 350 are exposed at the bottoms of the via openings O6. Details regarding the via etch process ET3 were previously discussed in relation to the via etch process ET1, and thus will not be repeated here for the sake of brevity.

In einigen Ausführungsformen, welche in 42A abgebildet sind, weisen die Durchkontaktierungsöffnungen O6 aufgrund der Charakteristik der anisotropen Ätzung des Ätzprozesses ET3 verjüngte Seitenwandprofile auf. In einigen anderen Ausführungsformen können die Ätzbedingungen des Ätzprozesses ET3 jedoch derart feinabgestimmt werden, dass sie es den Durchkontaktierungsöffnungen O6 ermöglichen, ein vertikales Seitenwandprofil aufzuweisen, wie in 42B dargestellt.In some embodiments, which in 42A 1, the via openings O6 have tapered sidewall profiles due to the anisotropic etch characteristic of the etch process ET3. However, in some other embodiments, the etch conditions of the etch process ET3 can be fine-tuned to allow the via openings O6 to have a vertical sidewall profile, as in FIG 42B shown.

Bezugnehmend auf 43A werden dann Source-/Drain-Durchkontaktierungen 380 in den Durchkontaktierungsöffnungen O6 gebildet, um eine physische und elektrische Verbindung zu den Source-/Drain-Kontakten 350 herzustellen. Einzelheiten hinsichtlich Materialien und Prozesse in Bezug auf die Source-/Drain-Durchkontaktierungen 380 sind ähnlich jenen der zuvor erörterten Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt. In einigen Ausführungsformen, wie in 43A abgebildet, weisen die Source-/Drain-Durchkontaktierungen 380 aufgrund der Charakteristik der anisotropen Ätzung des Ätzprozesses ET3 ein verjüngtes Seitenwandprofil auf. In einigen anderen Ausführungsformen können die Ätzbedingungen des Ätzprozesses ET3 jedoch derart feinabgestimmt werden, dass sie es den Durchkontaktierungsöffnungen O6, und somit den Source-/Drain-Durchkontaktierungen 380 ermöglichen, ein vertikales Seitenwandprofil aufzuweisen, wie in 43B dargestellt.Referring to 43A Source/drain vias 380 are then formed in via openings O6 to provide physical and electrical connection to source/drain contacts 350. FIG. Details regarding materials and processes relating to source/drain vias 380 are similar to those of source/drain vias 150 previously discussed, and thus will not be repeated here for the sake of brevity. In some embodiments, as in 43A As shown, source/drain vias 380 have a tapered sidewall profile due to the anisotropic etch characteristic of etch process ET3. However, in some other embodiments, the etch conditions of the etch process ET3 can be fine-tuned to allow the via openings O6, and thus the source/drain vias 380, to have a vertical sidewall profile, as shown in FIG 43B shown.

Die 44A und44B sind Querschnittsansichten integrierter Schaltungsstrukturen 200 im Einklang mit einigen Ausführungsformen. In den 44A und 44B sind auch die Gate-Abstandselemente 260 während des in 37 gezeigten Prozesses rückgeätzt worden. Einzelheiten hinsichtlich des Ätzprozesses der Gate-Abstandselemente 260 wurden zuvor in Bezug auf das Ätzen der Gate-Abstandselemente 116 erörtert, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt. Ferner werden durch einen geeigneten Prozess, wie zum Beispiel CVD oder ALD jeweils oben auf den Ersatz-Gate-Strukturen 320 selektiv Metallkappen 330 gebildet. Die Metallkappen 330 können zum Beispiel, jedoch nicht als Einschränkung, im Wesentlichen fluorfreie Wolframfilme (FFW-Filme) sein, welche einen Gehalt an Fluorverunreinigungen von weniger als 5 Atomprozent und einen Gehalt von Chlorverunreinigungen von mehr als 3 Atomprozent aufweisen. Einzelheiten hinsichtlich des Prozesses der FFW-Bildung wurden zuvor in Bezug auf die Metallkappen 138 erörtert, und werden somit hierin der Kürze halber nicht wiederholt.the 44A and 44B 12 are cross-sectional views of integrated circuit structures 200 consistent with some embodiments. In the 44A and 44B are also the gate spacers 260 during the in 37 been etched back using the process shown. Details regarding the etch process of the gate spacers 260 were previously discussed in relation to the etch of the gate spacers 116, and thus will not be repeated here for the sake of brevity. Furthermore, metal caps 330 are selectively formed on top of each of the replacement gate structures 320 by a suitable process such as CVD or ALD, for example. For example, but not by way of limitation, the metal caps 330 may be substantially fluorine-free tungsten (FFW) films, having a fluorine impurity content of less than 5 atomic percent and a chlorine impurity content of greater than 3 atomic percent. Details regarding the process of FFW formation were previously discussed in relation to the metal caps 138, and thus will not be repeated here for the sake of brevity.

Die 45 - 48 stellen beispielhafte Querschnittsansichten verschiedener Stadien der Herstellung einer integrierten Schaltungsstruktur 200a im Einklang mit einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Es versteht sich, dass zusätzliche Vorgänge vor den, während der und nach den in den 45 - 48 gezeigten Prozesse/n bereitgestellt werden können, und dass manche der unten beschriebenen Vorgänge für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens ersetzt oder weggelassen werden können. Die Reihenfolge der Vorgänge/Prozesse kann austauschbar sein. Dieselben oder ähnliche Anordnungen, Materialien, Prozesse und/oder Vorgänge, welche in den 26 - 43B beschrieben sind, können in den folgenden Ausführungsformen verwendet und somit deren neuerliche ausführliche Erläuterung weggelassen werden.the 45 - 48 12 illustrate exemplary cross-sectional views of various stages of manufacturing an integrated circuit structure 200a consistent with some other embodiments of the present disclosure. It should be understood that additional operations before, during, and after the processes illustrated in FIGS 45 - 48 process(es) shown may be provided and that some of the operations described below may be substituted or omitted for additional embodiments of the method. The order of operations/processes may be interchangeable. The same or similar assemblies, materials, processes and/or operations, wel che in the 26 - 43B may be used in the following embodiments, and thus the detailed explanation thereof again may be omitted.

Nachdem die in 41 gezeigte Struktur gebildet worden ist, wird die ILD-Schicht 370 strukturiert, um Gate-Kontaktöffnungen O7 zu bilden, welche sich durch die ILD-Schicht 370, die ESL 360 und die dielektrische Kappe 340 bis zu den Ersatz-Gate-Strukturen 320 erstrecken. Die entstehende Struktur ist in 45 dargestellt. Die ILD-Schicht 148 kann durch Verwendung geeigneter Fotolithografie- und Ätztechniken strukturiert werden.After the in 41 Once the structure shown has been formed, the ILD layer 370 is patterned to form gate contact openings O7 which extend through the ILD layer 370, the ESL 360 and the dielectric cap 340 to the replacement gate structures 320. FIG. The resulting structure is in 45 shown. The ILD layer 148 can be patterned using appropriate photolithography and etching techniques.

Als nächstes wird, wie in 46 dargestellt, eine strukturierte Maskenschicht M5 über dem Substrat 12 gebildet, um die Gate-Kontaktöffnungen O7 zu füllen. Die strukturierte Maskenschicht M5 weist eine Öffnung O8 vertikal über einem Source-/Drain-Kontakt 350 auf.Next, as in 46 As shown, a patterned mask layer M5 is formed over substrate 12 to fill gate contact openings O7. The patterned mask layer M5 has an opening O8 vertically above a source/drain contact 350. FIG.

Bezugnehmend auf 47 mit der strukturierten Maskenschicht M5 an ihrem Platz wird ein Durchkontaktierungsätzprozess ET4 ausgeführt, um eine Durchkontaktierungsöffnung O9 zu bilden, welche sich durch die ILD-Schicht 370 erstreckt. Die Ätzdauer des Durchkontaktierungsätzprozesses ET4 wird derart gesteuert, dass die ILD-Schicht 370 durchbrochen wird. Als ein Ergebnis des Ätzprozesses ET4 werden die Source-/Drain-Kontakte 350 an den Böden der Durchkontaktierungsöffnungen 09 freigelegt. Einzelheiten betreffend den Durchkontaktierungsätzprozess ET4 wurden zuvor in Bezug auf den Durchkontaktierungsätzprozess ET1 erörtert, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt.Referring to 47 with the patterned mask layer M5 in place, a via etch process ET4 is performed to form a via opening O9 extending through the ILD layer 370. FIG. The etch duration of the via etch process ET4 is controlled such that the ILD layer 370 is broken down. As a result of the etching process ET4, the source/drain contacts 350 at the bottoms of the via openings 09 are exposed. Details regarding the via etch process ET4 were previously discussed in relation to the via etch process ET1, and thus will not be repeated here for the sake of brevity.

Bezugnehmend auf 48 wird die strukturierte Maskenschicht M5 (bezugnehmend auf 47) durch Veraschung und/oder Nassabziehen aus den Gate-Kontaktöffnungen O7 entfernt, bevor ein Stoßkontakt 390 gebildet wird, um die Durchkontaktierungsöffnung O9 und die Gate-Kontaktöffnung O7 zu füllen, und ein Gate-Kontakt 395 gebildet wird, um eine weitere Gate-Kontaktöffnung O7 zu füllen. Die entstehende Struktur ist in 48 dargestellt. Einzelheiten hinsichtlich Materialien und Fertigungsprozesse in Bezug auf den Stoßkontakt 390 und den Gate-Kontakt 395 sind ähnlich jenen in Bezug die Source-/Drain-Durchkontaktierungen 150, und werden somit der Kürze halber hier nicht wiederholt.Referring to 48 the patterned mask layer M5 (refer to Fig 47 ) is removed from gate contact openings O7 by ashing and/or wet stripping before forming butt contact 390 to fill via opening O9 and gate contact opening O7 and forming gate contact 395 to fill another gate contact opening to fill O7. The resulting structure is in 48 shown. Details regarding materials and manufacturing processes relating to butt contact 390 and gate contact 395 are similar to those relating to source/drain vias 150, and thus will not be repeated here for the sake of brevity.

Basierend auf den obigen Erörterungen ist ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung Vorteile bietet. Es versteht sich jedoch, dass andere Ausführungsformen zusätzliche Vorteile bieten können, und hierin nicht notwendigerweise sämtliche Vorteile offenbart sind, und dass kein bestimmter Vorteil für sämtliche Ausführungsformen erforderlich ist. Ein Vorteil besteht darin, dass das Risiko von Ableitströmen (zum Beispiel Ableitstrom von einer Source-/Drain-Durchkontaktierung zu einem Gate-Kontakt und/oder einer Gate-Struktur) aufgrund der Ätzstoppschicht verringert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Strukturierungsprozess für die Bildung der Ätzstoppschicht weggelassen werden kann. Noch ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Widerstandskapazitätsverzögerung (RC-Verzögerung) aufgrund eines großen Abstands von der Source-/Drain-Durchkontaktierung zu einem Gate-Kontakt verbessert werden kann.Based on the above discussions, it can be seen that the present disclosure provides advantages. However, it should be understood that other embodiments may provide additional benefits, and not all benefits are necessarily disclosed herein, and no particular benefit is required for all embodiments. An advantage is that the risk of leakage currents (e.g. leakage current from a source/drain via to a gate contact and/or gate structure) due to the etch stop layer can be reduced. Another advantage is that a patterning process for forming the etch stop layer can be omitted. Yet another advantage is that resistive-capacitance (RC) delay can be improved due to a long distance from source/drain via to a gate contact.

Im Einklang mit einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren das Bilden einer Gate-Struktur über einem Substrat. Eine dielektrische Kappe wird über der Gate-Struktur gebildet. Ein Source-/Drain-Kontakt wird über einem Source-/Drain-Bereich nahe der Gate-Struktur und über dem Substrat gebildet. Eine Ätzstoppschicht wird selektiv über der dielektrischen Kappe gebildet, ohne den Source-/Drain-Kontakt zu überlappen. Ein Zwischenschichtdielektrikum wird über der Ätzstoppschicht und dem Source-/Drain-Kontakt aufgebracht. Eine Source-/Drain-Durchkontaktierung wird gebildet, welche sich durch das ILD und den Source-/Drain-Kontakt erstreckt.In accordance with some embodiments, a method includes forming a gate structure over a substrate. A dielectric cap is formed over the gate structure. A source/drain contact is formed over a source/drain region near the gate structure and over the substrate. An etch stop layer is selectively formed over the dielectric cap without overlapping the source/drain contact. An interlayer dielectric is deposited over the etch stop layer and the source/drain contact. A source/drain via is formed that extends through the ILD and the source/drain contact.

Im Einklang mit einigen Ausführungsformen weist eine Vorrichtung einen Source-/Drain-Kontakt, eine Ätzstoppschicht, eine dielektrische Zwischenschicht (ILD-Schicht) und eine Source-/Drain-Durchkontaktierung auf. Der Source-/Drain-Kontakt ist über einem Source-/Drain-Bereich eines Transistors angeordnet. Die Ätzstoppschicht ist über einer Gate-Struktur des Transistors angeordnet. Die Ätzstoppschicht weist einen gestuften Abstand über dem Source-/Drain-Kontakt und eine Seitenwand im Wesentlichen ausgerichtet auf eine Seitenwand des Source-/Drain-Kontakts auf. Die ILD-Schicht ist über der Ätzstoppschicht angeordnet. Die Source-/Drain-Durchkontaktierung erstreckt sich durch die ILD-Schicht und die Ätzstoppschicht bis zum Source-/Drain-Kontakt.In accordance with some embodiments, a device includes a source/drain contact, an etch stop layer, an interlayer dielectric (ILD) layer, and a source/drain via. The source/drain contact is arranged over a source/drain region of a transistor. The etch stop layer is arranged over a gate structure of the transistor. The etch stop layer has a stepped spacing over the source/drain contact and a sidewall substantially aligned with a sidewall of the source/drain contact. The ILD layer is arranged over the etch stop layer. The source/drain via extends through the ILD layer and the etch stop layer to the source/drain contact.

Im Einklang mit einigen Ausführungsformen weist eine Vorrichtung einen ersten und einen zweiten Source-/Drain-Kontakt, eine Ätzstoppschicht, eine dielektrische Zwischenschicht (ILD-Schicht) und eine Durchkontaktierungsstruktur auf. Der erste und der zweite Source-/Drain-Kontakt sind über einem ersten beziehungsweise einem zweiten Source-/Drain-Bereich eines Transistors angeordnet. Die Ätzstoppschicht ist über einer Gate-Struktur des Transistors angeordnet. Die ILD-Schicht ist über der Ätzstoppschicht angeordnet und weist eine gestufte untere Fläche auf, welche eine untere Stufe in Kontakt mit einer oberen Fläche des ersten Source-/Drain-Bereichs und eine obere Stufe in Kontakt mit einer oberen Fläche der Ätzstoppschicht aufweist. Die Durchkontaktierungsstruktur erstreckt sich durch die ILD-Schicht und die Ätzstoppschicht bis zur Gate-Struktur.In accordance with some embodiments, a device includes first and second source/drain contacts, an etch stop layer, an interlayer dielectric (ILD) layer, and a via structure. The first and second source/drain contacts are disposed over first and second source/drain regions, respectively, of a transistor. The etch stop layer is arranged over a gate structure of the transistor. The ILD layer is disposed over the etch stop layer and has a stepped bottom surface having a bottom step in contact with a top surface of the first source/drain region and a top step in contact with a top surface of the etch stop layer. The via structure extends through the ILD layer and the etch stop layer to the gate structure.

Das Vorstehende legt Merkmale verschiedener Ausführungsformen dar, sodass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute sollten erkennen, dass sie die vorliegende Offenbarung problemlos als eine Grundlage zum Designen oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen zum Ausführen derselben Zwecke und/oder Erlangen derselben Vorteile der hierin vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Fachleute sollten ferner erkennen, dass derartige äquivalente Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass sie zahlreiche Änderungen, Ersetzungen und Neugestaltungen vornehmen können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.The foregoing sets forth features of various embodiments so that those skilled in the art may better understand the aspects of the present disclosure. Those skilled in the art should appreciate that they can readily use the present disclosure as a basis for designing or modifying other processes and structures to perform the same purposes and/or obtain the same advantages of the embodiments presented herein. It should further be appreciated by those skilled in the art that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the present disclosure and that they can make various changes, substitutions, and reconfigurations without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

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Claims (20)

Verfahren, umfassend: Bilden einer Gate-Struktur über einem Substrat; Bilden einer dielektrischen Kappe über der Gate-Struktur; Bilden eines Source-/Drain-Kontakts über einem Source-/Drain-Bereich neben der Gate-Struktur und über dem Substrat; selektives Bilden einer Ätzstoppschicht über der dielektrischen Kappe, ohne den Source-/Drain-Kontakt zu überlappen; Aufbringen einer dielektrischen Zwischenschicht (ILD-Schicht) über der Ätzstoppschicht und dem Source-/Drain-Kontakt; und Bilden einer Source-/Drain-Durchkontaktierung, welche sich durch die ILD-Schicht bis zum Source-/Drain-Kontakt erstreckt.Method comprising: forming a gate structure over a substrate; forming a dielectric cap over the gate structure; forming a source/drain contact over a source/drain region adjacent the gate structure and over the substrate; selectively forming an etch stop layer over the dielectric cap without overlapping the source/drain contact; depositing an interlayer dielectric (ILD) layer over the etch stop layer and the source/drain contact; and Forming a source/drain via extending through the ILD layer to the source/drain contact. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das selektive Bilden der Ätzstoppschicht unter Verwendung eines selektiven Atomlagenabscheidungsprozesses erfolgt.procedure after claim 1 , wherein the selective formation of the etch stop layer is performed using a selective atomic layer deposition process. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das selektive Bilden der Ätzstoppschicht umfasst: Bilden einer Sperrschicht derart über dem Source-/Drain-Kontakt, dass die Sperrschicht die dielektrische Kappe freilegt; Aufbringen der Ätzstoppschicht über der dielektrischen Kappe; und Entfernen der Sperrschicht nach dem Aufbringen der Ätzstoppschicht.procedure after claim 1 or 2 wherein selectively forming the etch stop layer comprises: forming a barrier layer over the source/drain contact such that the barrier layer exposes the dielectric cap; depositing the etch stop layer over the dielectric cap; and removing the barrier layer after depositing the etch stop layer. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Sperrschicht Polymer, Benzotriazol (BTA) oder eine sich selbst anordnende Monoschicht (SAM) ist.procedure after claim 3 , where the barrier layer is polymer, benzotriazole (BTA) or a self-assembled monolayer (SAM). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend das Rückätzen der Gate-Struktur vor dem Bilden der dielektrischen Kappe.The method of any preceding claim, further comprising etching back the gate structure prior to forming the dielectric cap. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bilden der ILD-Schicht derart erfolgt, dass die ILD-Schicht eine gestufte untere Fläche mit einer oberen Stufe, welche die Ätzstoppschicht kontaktiert, und einer unteren Stufe, welche den Source-/Drain-Kontakt kontaktiert, aufweist.The method of any preceding claim, wherein the forming of the ILD layer is such that the ILD layer has a stepped bottom surface with a top step contacting the etch stop layer and a bottom step contacting the source/drain contact , having. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bilden der Source-/Drain-Durchkontaktierung in der ILD-Schicht das Durchführen eines Ätzprozesses zum Bilden einer Öffnung, welche sich durch die ILD-Schicht erstreckt, um den Source-/Drain-Kontakt freizulegen, umfasst, wobei der Ätzprozess die ILD-Schicht mit einer schnelleren Ätzrate ätzt, als er die Ätzstoppschicht ätzt.The method of any preceding claim, wherein forming the source/drain via in the ILD layer includes performing an etch process to form an opening extending through the ILD layer to expose the source/drain contact. wherein the etch process etches the ILD layer at a faster etch rate than it etches the etch stop layer. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Durchführen des Ätzprozesses derart erfolgt, dass die Öffnung ferner die Ätzstoppschicht freilegt.procedure after claim 7 , wherein the etching process is performed such that the opening further exposes the etch stop layer. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Ätzstoppschicht, die dielektrische Kappe und die ILD-Schicht unterschiedliche Materialien enthalten.A method according to any one of the preceding claims, wherein the etch stop layer, the dielectric cap and the ILD layer contain different materials. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ätzstoppschicht derart gebildet wird, dass eine Dicke der Ätzstoppschicht in einem Bereich von ungefähr 3 nm bis ungefähr 10 nm liegt.The method of any preceding claim, wherein the etch stop layer is formed such that a thickness of the etch stop layer is in a range from about 3 nm to about 10 nm. Vorrichtung, aufweisend: einen Source-/Drain-Kontakt über einem Source-/Drain-Bereich eines Transistors; eine Ätzstoppschicht über einer Gate-Struktur des Transistors, wobei die Ätzstoppschicht einen Stufenabstand über dem Source-/Drain-Kontakt und eine Seitenwand im Wesentlichen ausgerichtet auf eine Seitenwand des Source-/Drain-Kontakts aufweist; eine dielektrische Zwischenschicht (ILD-Schicht) über der Ätzstoppschicht; und eine Source-/Drain-Durchkontaktierung, welche sich durch die ILD-Schicht bis zum Source-/Drain-Kontakt erstreckt.Device comprising: a source/drain contact over a source/drain region of a transistor; an etch stop layer over a gate structure of the transistor, the etch stop layer having a step spacing over the source/drain contact and a sidewall substantially aligned with a sidewall of the source/drain contact; an interlayer dielectric (ILD) layer over the etch stop layer; and a source/drain via extending through the ILD layer to the source/drain contact. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Source-/Drain-Durchkontaktierung in Kontakt mit einer oberen Fläche der Ätzstoppschicht angeordnet ist.device after claim 11 wherein the source/drain via is disposed in contact with a top surface of the etch stop layer. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, ferner aufweisend ein Gate-Abstandselement zwischen dem Source-/Drain-Kontakt und der Gate-Struktur, wobei die Ätzstoppschicht ferner über dem Gate-Abstandselement angeordnet ist.device after claim 11 or 12 , further comprising a gate spacer between the source/drain contact and the gate structure, wherein the etch stop layer is further disposed over the gate spacer. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 11 bis 13, ferner aufweisend eine dielektrische Kappe zwischen der Ätzstoppschicht und der Gate-Struktur.Device according to any of the preceding Claims 11 until 13 , further comprising a dielectric cap between the etch stop layer and the gate structure. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 11 bis 14, wobei die Source-/Drain-Durchkontaktierung eine eingekerbte Ecke in Kontakt mit der Ätzstoppschicht aufweist.Device according to any of the preceding Claims 11 until 14 wherein the source/drain via has a notched corner in contact with the etch stop layer. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 11 bis 15, wobei die Source-/Drain-Durchkontaktierung eine erste lineare Grenzfläche mit dem ILD und eine zweite lineare Grenzfläche mit der ESL aufweist, und wobei die erste und die zweite lineare Grenzfläche eine Fehlausrichtung zueinander aufweisen.Device according to any of the preceding Claims 11 until 15 wherein the source/drain via has a first linear interface with the ILD and a second linear interface with the ESL, and wherein the first and second linear interfaces are misaligned with one another. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die erste lineare Grenzfläche stärker geneigt ist als die zweite lineare Grenzfläche.device after Claim 16 , where the first linear interface is more inclined than the second linear interface. Vorrichtung, aufweisend: einen ersten und einen zweiten Source-/Drain-Kontakt angeordnet über einem ersten beziehungsweise einem zweiten Source-/Drain-Bereich eines Transistors; eine Ätzstoppschicht über einer Gate-Struktur des Transistors; eine dielektrische Zwischenschicht (ILD-Schicht) über der Ätzstoppschicht und aufweisend eine gestufte untere Fläche, welche eine untere Stufe in Kontakt mit einer oberen Fläche des ersten Source-/Drain-Kontakts und eine obere Stufe in Kontakt mit einer oberen Fläche der Ätzstoppschicht aufweist; und eine Durchkontaktierungsstruktur, welche sich durch die ILD-Schicht und die Ätzstoppschicht bis zur Gate-Struktur erstreckt.Device comprising: first and second source/drain contacts disposed over first and second source/drain regions, respectively, of a transistor; an etch stop layer over a gate structure of the transistor; an interlayer dielectric (ILD) layer over the etch stop layer and having a stepped bottom surface having a bottom step in contact with a top surface of the first source/drain contact and a top step in contact with a top surface of the etch stop layer; and a via structure extending through the ILD layer and the etch stop layer to the gate structure. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Durchkontaktierungsstruktur ferner mit dem zweiten Source-/Drain-Kontakt in Kontakt ist.device after Claim 18 , wherein the via structure is further in contact with the second source/drain contact. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Durchkontaktierungsstruktur über der Gate-Struktur eine größere Dicke aufweist als über dem zweiten Source-/Drain-Kontakt.device after Claim 18 or 19 , wherein the via structure has a greater thickness over the gate structure than over the second source/drain contact.
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